Transkription - Allgemein

Question 1

Das “zentrale Dogma”

Answer 1

• Der Informationsfluss verläuft nur in eine
  Richtung von der DNA über die RNA zum Protein
  und ist nicht umkehrbar.
• Lediglich einige Viren können mit Hilfe der
  reversen Transkriptase RNA in DNA übersetzen

Question 2

Umsetzung der genetischen Information

Answer 2

• Proteine bestimmen maßgeblich die Struktur und
  Funktionen einer Zelle und machen einen großen Teil
  der Trockenmasse einer Zelle aus (mehr als die Hälfte).
• Zellen bestehen zu ca. 70% aus H2O und zu 15 - 18%
  aus Protein.
• DNA ca 0,25% (Säugerzelle) bis 1% (E. coli)
• RNA ca 1% (Säugerzelle) bis 6% (E. coli)
  1 - 5: Expressionskontrolle
  6: posttranslationale Kontrolle

Question 3

Transkription - Definition

Answer 3

Transkription (lat. trans = hinüber + scribere = schreiben)
= UMSCHREIBEN der DNA in RNA
= Synthese von RNA an einer DNA-Matrize
= 1. Schritt zur Umsetzung der genetischen Information

Question 4

Nukleotide: Unterschiede bei den Basen

Answer 4

Uracil kann durch Desaminierung und Hydrolyse aus Cytosin entstehen,
Thymin wegen der zusätzlichen Methylgruppe dagegen nicht.

Question 5

DNA vs. RNA

Answer 5

DNA RNA
2’-Deoxyribose Ribose
Thymin Uracil
Doppelstrang Einzelstrang

Question 6

RNAs

Answer 6

• RNAs sind in der Regel einzelsträngig, bilden aber interne doppelsträngige Bereiche. Die entstehenden Sekundär- und Tertiärstrukturen sind für die Funktionen von RNAs von großer Bedeutung.

Question 7

RNAs: Typen und Funktionen

Answer 7

RNAs für die Synthese von Proteinen.
mRNA (= template/Matrize für Translation)
rRNA (ribosomale RNA, in Ribosomen)
tRNA (transfer RNA, Adapter)

Ribozyme
katalytisch aktive RNA-Moleküle,
z.B. snRNA im Spleißosom

regulatorische RNAs
microRNA,
siRNA,
antisense RNA

Es gibt viele verschiedene RNA Typen, doch nur die
mRNA wird translatiert

Question 8

Transkription

Answer 8

• Bei der Transkription wird ein Abschnitt der DNA durch die RNA-Polymerase in RNA umgeschrieben.
• Die Synthese der RNA wird am Promotor initiiert (spezifische Sequenz)
• Die Synthese der RNA beginnt an der Stelle “+1”.
• Die Synthese der RNA erfolgt in 5’ - 3’ Richtung, d.h. am 3’-OH Ende der RNA wird das nächste Ribonukleotid durch die RNA-Polymerase angefügt.

Question 9

Konvention der Schreibweisen

Answer 9

• KONVENTION:
  DNA und RNA-Sequenzen werden IN 5’- 3’ RICHTUNG angegeben
  Für die Sequenz eines Gens wird dabei die des “kodierenden” Strangs und nicht die des Matrizenstrangs angegeben.

Question 10

(DNA-abhängige) RNA-Polymerasen

Answer 10

Bakterien: 
RNA-Polymerase (Untereinheiten a, a', b, b', w und s)
Archaea: 
RNA-Polymerase (ähnlich zu euk. RNA-Polymerasen)
Eukaryoten:
 RNA-Polymerase I
- rRNA 
RNA-Polymerase II
- mRNA, snRNA
RNA-Polymerase III
- 5S-rRNA, tRNA, kleine RNAs
=> Prokaryoten haben nur eine RNA-Polymerase, Eukaryoten dagegen drei, die für die Produktion bestimmter RNAs spezifisch sind.

Question 11

Phasen der Transkription

Answer 11

1. Initiation
2. Elongation
3. Termination

Question 12

Initiation

Answer 12

1. Bindung der RNA-Polymerase an den Promotor
   - Der Promotor ist die spezifische Stelle der DNA, an die die RNA-Polymerase zur Initiation der Transkription bindet.
   - Die Initiation der Transkription erfolgt schrittweise von der Bindung der RNA-Polymerase an den Promotor bis zum Übergang in die Transkriptions-Elongation. Die Erkennung des Promotors führt zunächst zur Ausbildung des “geschlossenen Komplexes”, in
   dem die DNS noch in doppelsträngiger Form vorliegt
2. Entwindung der DNA am Promotor
   - Im 2. Schritt wird der DNA-Doppelstrang entwunden, was zur Ausbildung des so genannten „offenen Komplexes“ führt. Durch das Aufschmelzen
   des Doppelstranges in einem Bereich von ca 14 Basenpaaren entsteht eine „Transkriptionsblase“, auch als „Transkriptionsauge“ bezeichnet.
3. Initiation der RNA Synthese
   - Die ersten beiden Ribonukleotide können sich
   im aktiven Zentrum der RNA-Polymerase anlagern und mit den entsprechenden Positionen im Matrizenstrang
   Basenpaaren. Die RNA-Polymerase beginnt mit der
   Transkription.
   - Es entstehen kurze ca. 10 Nukleotide lange Transkripte, die sich häufig wieder ablösen („abortive Synthese“), da die Synthese zunächst relativ ineffizient ist.

Question 13

Elongation der Transkription

Answer 13

4. Übergang in die Elongation
   - Nachdem die RNA-Polymerase einen kurzen, etwa 10 Nukleotide langen RNA-Abschnitt synthetisiert hat, verlässt sie die ursprüngliche Bindestelle („Promoter Escape“) und geht in die Elongationsphase über, wobei ein stabilerer Komplex gebildet wird.
5. Termination
   - Polymerase stoppt und setzt RNA frei

Question 14

Zusammenfassung

Answer 14

• Die Umsetzung der genetischen Information bietet vielfältige Möglichkeiten zur Regulation.
• RNAs sind einzelsträngige Nukleinsäuren, die intramolekular doppelsträngige Bereiche ausbilden können.
• Es gibt verschiedene zelluläre RNAs, aber nur die mRNAs können in Protein übersetzt werden.
• Transkription: Umschreiben eines Abschnitts der DNA in RNA (Synthese in 5’-3’ Richtung).
• Die Transkription lässt sich in drei Phasen einteilen: Initiation (geschlossener → offener Komplex), Elongation und Termination.
• RNA-Polymerase: Enzymkomplex zur Synthese der RNA
• Bakterielle RNA-Polymerase besteht aus 5 Untereinheiten plus dem Sigma-Faktor für die Initiation.
• RNA-Polymerasen der Archäen, Bakterien, und Eukaryoten sind homolog und weisen eine ähnliche Grundstruktur auf