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Biologie

RNA-Biologie und Genexpression

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Biologie2.768Aktualisiert 10. Okt. 20269 Seiten

Genetik Lernzettel: Transkription, Translation und mehr

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Emelie Röttger@emelieroettger
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Genetik ist überall um uns herum - von der Augenfarbe bis hin zu Erbkrankheiten bestimmt sie unser Leben. Du lernst hier, wie aus DNA-Code echte Proteine werden und warum manchmal dabei etwas schiefgeht.
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Der Genetische Code - Dein DNA-Übersetzer

Stell dir vor, deine DNA ist wie ein Rezeptbuch - aber in einer Geheimsprache geschrieben. Der genetische Code übersetzt diese Sprache in konkrete "Zutaten" für Proteine.

Das Startcodon AUG funktioniert wie ein "Los geht's!"-Signal und bringt immer die Aminosäure Methionin mit. Die Stoppcodons (UGA, UAA, UAG) sind dagegen wie ein Punkt am Satzende - hier ist Schluss mit der Proteinproduktion.

64 verschiedene Tripletts codieren für nur 20 Aminosäuren - das bedeutet, mehrere Codes können für dieselbe Aminosäure stehen (redundant). Trotzdem ist jeder Code eindeutig: Ein Triplett = eine bestimmte Aminosäure. Das Geniale: Dieser Code funktioniert universell bei allen Lebewesen gleich!

Merktipp: Beim Ablesen wird der codogene Strang (3' → 5') zur Vorlage für die mRNA (5' → 3'). Dabei wird Thymin zu Uracil!

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Genexpression bei Eukaryoten - Vom Gen zum Protein

Bei Eukaryoten läuft die Proteinbiosynthese deutlich komplizierter ab als bei Bakterien. Deine DNA enthält nämlich sowohl nützliche Abschnitte (Exons) als auch "Müll" (Introns).

Zuerst entsteht eine Prä-mRNA, die noch alle Introns enthält. Beim Spleißen schneiden Spleißosomen die Introns raus und fügen die Exons zusammen - wie beim Filmschnitt. Durch alternatives Spleißen können aus einem Gen sogar verschiedene Proteine entstehen!

Damit die fertige mRNA nicht sofort zerfällt, bekommt sie Schutz: eine Cap-Hülle am 5'-Ende und einen Poly-A-Schwanz am 3'-Ende. So übersteht sie den Transport aus dem Zellkern und wird nicht von Enzymen zerstört.

Fun Fact: Introns können zwischen 50 und 30.000 Nucleotide lang sein - manchmal ist der "Müll" länger als der nützliche Teil!

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Transkription - DNA wird zu mRNA

Die Transkription ist wie das Abschreiben eines wichtigen Rezepts - nur dass dabei aus DNA eine mRNA wird. Das passiert in drei Phasen: Initiation, Elongation und Termination.

Bei der Initiation bindet die RNA-Polymerase an die Promotor-Sequenz und "entpackt" die DNA. Während der Elongation wandert das Enzym am codogenen Strang entlang (3' → 5') und baut dabei die komplementäre mRNA auf (5' → 3'). Wichtig: Thymin wird zu Uracil!

Die Termination startet, wenn die RNA-Polymerase eine Terminationssequenz erreicht. Dann löst sich alles voneinander und die fertige mRNA ist bereit für den nächsten Schritt.

Eselsbrücke: Der codogene Strang wird abgelesen, der codierende Strang dient nur als "Backup" und sieht fast genauso aus wie die mRNA!

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Translation - Aus mRNA wird Protein

Jetzt wird's ernst: Bei der Translation entstehen aus der mRNA-Information echte Proteine. Das Ribosom funktioniert dabei wie eine Protein-Fabrik mit drei wichtigen Stationen: A-, P- und E-Stelle.

Die Initiation startet am Startcodon AUG, wo sich die erste tRNA mit Methionin anlagert. Während der Elongation docken weitere tRNAs mit passenden Anticodons an. Die Peptidyltransferase verknüpft die Aminosäuren zu einer wachsenden Kette.

Das Ribosom wandert schrittweise an der mRNA entlang, bis es ein Stoppcodon erreicht. Dann ist Termination - das fertige Protein wird freigesetzt und kann seine Arbeit in der Zelle beginnen.

Achtung: Wenn auch nur eine Base falsch ist, stimmt oft die ganze Proteinstruktur nicht mehr - das kann zu Erbkrankheiten führen!

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Genregulation bei Prokaryoten - Das Operon-Modell

Bakterien sind schlau: Sie produzieren Enzyme nur dann, wenn sie diese auch wirklich brauchen. Das Operon-Modell zeigt, wie das funktioniert - am Beispiel der Tryptophan-Produktion.

Beim Tryptophan-Operon läuft eine geniale Selbstregulation ab. Wenn wenig Tryptophan da ist, bleibt der Repressor inaktiv und die Enzyme werden produziert. Steigt die Tryptophan-Konzentration, bindet es an den Repressor und aktiviert ihn - die Produktion stoppt.

Das Lac-Operon funktioniert umgekehrt: Hier inaktiviert Lactose den Repressor, damit die Spaltungsenzyme produziert werden. Ohne Lactose blockiert der aktive Repressor die Genexpression.

Merkhilfe: Induktion = Anschalten (wie bei Lactose), Repression = Abschalten (wie bei Tryptophan)!

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Genregulation bei Eukaryoten - Transkriptionsfaktoren

Bei Eukaryoten ist die Genregulation viel komplexer als bei Bakterien. Die RNA-Polymerase kann nicht alleine arbeiten - sie braucht Hilfe von Transkriptionsfaktoren.

Allgemeine Transkriptionsfaktoren A−HA-H helfen bei der Grundausstattung. Alles beginnt mit der Bindung des TATA-Bindungsproteins an die TATA-Box. Dann lagern sich weitere Faktoren an, bis ein funktionsfähiger Transkriptionskomplex entsteht.

Spezifische Transkriptionsfaktoren sind wie Gaspedal und Bremse: Aktivatorproteine binden an Enhancer und verstärken die Transkription. Repressorproteine binden an Silencer und bremsen sie. Diese Proteine sind mit Coaktivatoren an die RNA-Polymerase gekoppelt.

Krass: Bis zu 10% aller menschlichen Gene codieren für Transkriptionsfaktoren - das sind etwa 2500 verschiedene!

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Mutationen - Wenn DNA-Fehler passieren

Mutationen sind Veränderungen in der DNA - und die können überall auftreten. Je nachdem wo, unterscheidet man Genmutationen (in einzelnen Genen), Chromosomenmutationen (ganze Chromosomen) und Genommutationen (komplette Chromosomensätze).

Bei Genmutationen gibt es verschiedene Typen: Substitutionen tauschen einzelne Basen aus (stumm, Missense oder Nonsense), Insertionen fügen Nucleotide ein und Deletionen entfernen sie. Somatische Mutationen betreffen nur Körperzellen, Keimbahnmutationen werden vererbt.

Mutagene wie UV-Strahlung, Nikotin oder Viren können Mutationen auslösen. Manche Mutationen sind schädlich, andere neutral - und wenige sogar vorteilhaft für den Organismus.

Beispiel: Trisomie 21 ist eine bekannte Aneuploidie - hier ist Chromosom 21 dreimal statt zweimal vorhanden.

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