Biologie für Hauptfächer I

Das zentrale Dogma des Lebens lässt sich auf recht einfache Weise definieren: DNA erzeugt RNA, die wiederum Proteine herstellt:

Bei der Transkription wird Ihr genetischer Code in RNA umgeschrieben oder geschrieben. Bei der Translation wird diese RNA dann in Proteine übersetzt. Natürlich sind die Prozesse der Transkription und Translation etwas komplizierter als das. Schauen wir uns die beiden Prozesse einmal an:

Transkription: DNA → RNA

Die Transkription ist die erste Hälfte des zentralen Dogmas. Hier wird die DNA in RNA übersetzt. Die Transkription findet im Kern der Zelle statt – die DNA kann den Kern nicht verlassen. Es gibt drei Schritte bei der Transkription: Initiation, Elongation und Termination (dies sind auch die gleichen Schritte wie bei der Translation; allerdings passieren bei den einzelnen Schritten unterschiedliche Dinge).

1. Initiation: Die Transkription beginnt an einem Promotor: einer bestimmten Region eines Gens. Die RNA-Polymerase bindet sich an den Promotor. Dies signalisiert der DNA, sich abzuwickeln. Das Enzym ist nun bereit, mRNA herzustellen
2. Elongation: Nukleotide werden an den mRNA-Strang angehängt
   • Erinnerung: Thymin kommt nur in der DNA vor, Uracil nur in der RNA!
3. Beendigung: Die Transkription endet, wenn die RNA-Polymerase auf eine Stoppsequenz (Termination) im Gen trifft.

RNA-Polymerase

Es gibt drei Arten von eukaryotischer RNA-Polymerase. Sie heißen passenderweise RNA-Polymerase I, RNA-Polymerase II und RNA-Polymerase III.

• Die RNA-Polymerase I befindet sich im Nukleolus und erleichtert die Transkription der ribosomalen RNA (rRNA), die dann verarbeitet und zu Ribosomen zusammengesetzt wird.
• Die RNA-Polymerase II befindet sich im Zellkern und synthetisiert alle proteincodierenden prä-mRNAs des Zellkerns.
• Die RNA-Polymerase III befindet sich ebenfalls im Zellkern. Diese Polymerase transkribiert eine Vielzahl struktureller RNAs, darunter die 5S pre-rRNA, Transfer pre-RNAs (pre-tRNAs) und kleine nukleäre pre-RNAs.

mRNA-Verarbeitung

Nach der Transkription müssen eukaryotische pre-mRNAs mehrere Verarbeitungsschritte durchlaufen, bevor sie übersetzt werden können.

Prä-mRNAs werden zunächst mit RNA-stabilisierenden Proteinen umhüllt; diese schützen die Prä-mRNA vor dem Abbau, während sie verarbeitet und aus dem Zellkern exportiert wird. Die drei wichtigsten Schritte bei der Verarbeitung der prä-mRNA sind das Hinzufügen von Stabilisierungs- und Signalfaktoren an den 5′- und 3′-Enden des Moleküls sowie die Entfernung von Zwischensequenzen, die nicht die entsprechenden Aminosäuren spezifizieren. In seltenen Fällen kann das mRNA-Transkript nach der Transkription „editiert“ werden.

Übersetzung: RNA → Protein

Translation findet im Zytoplasma statt. Es gibt drei Schritte bei der Translation: Initiation, Elongation und Terminierung (dies sind auch die gleichen Schritte wie bei der Transkription; allerdings passieren in den einzelnen Schritten der verschiedenen Prozesse unterschiedliche Dinge).

1. Initiation: Die Proteinsynthese beginnt mit der Bildung eines Initiationskomplexes. Die Translation beginnt mit einem Methionin an jeder Polypeptidkette
2. Elongation: Die A-Stelle bindet ankommende geladene Aminoacyl-tRNAs. Die P-Stelle bindet geladene tRNAs, die Aminosäuren tragen. Die Elongation verläuft so, dass geladene tRNAs in die A-Stelle eindringen und dann mit jedem Einzelcodon-„Schritt“ des Ribosoms zur P-Stelle und anschließend zur E-Stelle wandern.
3. Terminierung: Ein Nonsense-Codon (UAA, UAG oder UGA) wird angetroffen. Beim Alignment mit der A-Stelle werden diese Nonsense-Codons von Release-Faktoren erkannt

Ribosomen und tRNAs

Codons

Die Aminosäuren, aus denen Proteine bestehen, werden durch ein Nukleotid-Triplett-Codon codiert: Das Protein Serin wird zum Beispiel durch die Codons UCU, UCC, UCA und UCG kodiert.