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Tutorial MenueVom Gen zum Protein - eine EinführungLerneinheit 3 von 3

Einführung in die Genexpression

Genstruktur und Genexpression in Eukaryonten

Die Genexpression in Eukaryonten und Bakterien ähnelt sich in vielerlei Hinsicht. Dennoch gibt es wichtige Unterschiede. So wird z.B. eine mRNA in Prokaryonten in vielen Fällen gleich im Cytoplasma in ein Protein umgesetzt. Eine eukaryontische mRNA muss hingegen zunächst enzymatisch bearbeitet (prozessiert) werden und wird dann erst aus dem Zellkern in das Cytoplasma transportiert.

Abb.1
Vom Gen zum Protein im Eukaryonten

Die eukaryontische Genomorganisation

Neben vielen Unterschieden in der Transkription oder Translation unterscheidet sich bereits die eukaryontische Genomorganisation in einigen wesentlichen Punkten vom prokaryontischen Genom:

  • Gene sind monocistronischIn Eukaryonten gibt es keine Operons und damit auch keine polycistronische mRNA, also keine mRNA, die für mehr als ein Protein codiert. Das bedeutet, dass in Eukaryonten alle Proteine, die für einen gemeinsamen Stoffwechselweg benötigt werden, individuell hergestellt werden müssen, während in Bakterien eine einzige mRNA gleich mehrere der benötigten Proteine abdeckt. Oft sind eukaryontische Gene, die für ein Protein aus mehreren Untereinheiten codieren, sogar auf verschiedenen Chromosomen lokalisiert. Das macht die Regulation der Synthese sehr viel komplizierter, denn die Zelle muss jede der Untereinheiten nach Bedarf synthetisieren. Der Vorteil liegt allerdings in einer größeren Flexibilität.
  • Introns und ExonsBei Prokaryonten bestehen alle Gene aus einem durchgehenden Stück DNA, anders als bei Eukaryonten. Hier sind die DNA-Bereiche, die für ein Protein codieren (auch Exons genannt) immer wieder durch lange Bereiche unterbrochen, die nicht zum Protein gehören (Introns). Diese nicht-codierenden DNA-Bereiche werden zunächst auch in mRNA umgeschrieben, müssen aber später aus der mRNA durch Spleißen wieder entfernt werden. Erst dann ist die mRNA fertig und kann als reife mRNA vom Kern ins Cytoplasma der Zelle transportiert werden, wo sie in ein Protein übersetzt (translatiert) wird.
  • Junk-DNABei Bakterien oder Viren gibt es fast keine DNA, die nicht für Proteine codiert. Bei Eukaryonten hingegen sieht das völlig anders aus - etwa 95 % der DNA eines Menschen codiert nicht für Proteine und scheint auf den ersten Blick keine Funktion zu erfüllen - daher auch die Bezeichnung Nonsense- oder Junk-DNA. Ein großer Teil der nicht-codierenden DNA entfällt auf repetitive Sequenzen - kurze, mitunter hunderttausendfach wiederholte DNA-Bereiche ohne offensichtliche Funktion. Nicht-codierende DNA wird teilweise in mRNA umgeschrieben wie die Introns, während andere Bereiche nicht transkribiert werden. Diese DNA dient oft regulatorischen Zwecken (News-Meldung von "Bild der Wissenschaft", 05.09.2012).
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