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Transkription bei Eukaryonten

Einführung: Transkription in Eukaryonten

Die Transkription ist ein Vorgang, bei dem ein kleiner Teil der DNA einer Zelle (Gen) in ein Botenmolekül (mRNA) umgeschrieben wird, das dann am Ribosom in ein Protein übersetzt werden kann (Translation). Anders als bei den Prokaryonten findet die Transkription bei den Eukaryonten im Zellkern statt und muss aus diesem in das Cytoplasma der Zelle exportiert werden. Pro- und Eukaryonten sind grundsätzlich anders aufgebaut und unterscheiden sich erheblich, was die Genomorganisation und den Vorgang der Transkription betrifft.

Abb.1
Zellkern (Nucleus)

Meist rundlich geformt, vom Zellplasma durch eine als Kernhülle bezeichnete Zellmembran abgegrenzt, die über Kernporen mit dem endoplasmatischen Reticulum zusammenhängt. Beinhaltet das Chromatin bzw. die Chromosomen, die die Erbinformation (DNA) enthalten. Steuerung der Struktur und Funktion der Zelle.

Beinhaltet einen oder mehrere Kernkörper (Nucleolus): Kleine rundliche Gebilde für die RNA-Synthese und zur Bildung der Ribosomen.

Einige wichtige Unterschiede zwischen Eu- und Prokaryonten sind z.B.:

  • Nur etwa 10 % der eukaryontischen DNA codiert für Proteine, der Rest besteht zum großen Teil aus repetitiven Bereichen, deren Funktion noch unbekannt ist (diese DNA wird daher auch oft als nonsense-DNA bezeichnet). Bakterien und Viren hingegen haben kaum nicht-codierende Genombereiche, hier sind die Gene sogar teilweise überlappend angeordnet.
  • Die Gene der Eukaryonten-Gene sind nicht durchgängig, sondern oft von nicht-codierenden Sequenzen unterbrochen, die später im Protein nicht mehr enthalten sind - den Introns. Introns werden zwar in mRNA transkribiert, müssen aber später in einem Prozess, der Spleißen genannt wird, wieder entfernt werden. Die fertige mRNA, die dann translatiert wird, enthält nur noch die codierenden Sequenzen (Exons).
  • Eukaryontische mRNAs sind monocistronisch, d.h. sie codieren für ein Gen, während prokaryontische mRNAs oft die Information für mehrere Gene tragen (polycistronische mRNA).
  • Eukaryonten haben mehrere mRNA-Polymerasen, die unterschiedliche Gene transkribieren, während Bakterien nur eine Polymerase besitzen.
  • Anders als in Prokaryonten muss die eukaryontische mRNA prozessiert werden. Dieser Vorgang, der auch als mRNA-Reifung bezeichet wird, umfasst neben dem Spleißen auch die Modifizierung des 3'- und 5'-Endes der mRNA. Am 5'-Ende wird einen Art Kappe (cap) aus 7-Methylguanin-Molekülen angehängt, die für die Bindung an das Ribosom benötigt wird. Am 3´-Ende wird eine Sequenz von bis zu 200 Adenosin-monophosphat-Resten angehängt, der Poly(A)-Schwanz, der die Stabilität der mRNA erhöht. An die prozessierte mRNA binden noch Proteine, bevor dann dieser Ribonucleoprotein-Komplex den Zellkern verlässt und zum Ribosom diffundiert.
Abb.2

Schematische Darstellung der Genexpression bei Eukaryonten

Um eine Vorstellung von der Durchschnittsgröße eines Gen zu haben: eine Transkriptionseinheit bei Eukaryonten für ein 400-Aminosäuren-Protein umfasst durchschnittlich ca. 8.000 Nucleotide und wird in eine prä-mRNA der gleichen Länge übersetzt. Nach der Reifung der mRNA sind von diesen 8.000 Nucleotiden nur noch ca. 1.200 übrig, der Rest entfällt auf die Introns. Diese Zahlen können allerdings erheblich von Gen zu Gen variieren!

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