Fluss der Genetischen Information und Transkription

Fluss der Genetischen Information

Die Übertragung der genetischen Information erfolgt im Kern (Transkription). Für die Proteinsynthese ist ein Molekül notwendig, das als Vermittler zwischen DNA und Ribosomen dient. Dieses Intermediär ist die mRNA (messenger RNA), deren Bildung als RNA-Transkription bezeichnet wird.

Bei der Translation wird eine Peptidkette (Protein) synthetisiert, basierend auf den in der mRNA enthaltenen Informationen. Daran beteiligt sind die rRNA und die tRNA, welche die Aminosäuren (AA) zu den Ribosomen transportiert.

Der genetische Informationsfluss von den Eltern auf die Kinder basiert auf der Komplementarität der stickstoffhaltigen Basen, die bei der Replikation kopiert, bei der Transkription in mRNA übersetzt und anschließend durch tRNA und rRNA in Proteine übersetzt werden.

Erweiterung des Zentralen Dogmas

Aufgrund der Replikationsmechanismen einiger Viren (z. B. Retroviren) musste der klassische Fluss der genetischen Information erweitert werden. Viren nutzen Enzyme wie die RNA-abhängige RNA-Replikase (zur Erstellung von RNA-RNA-Kopien) oder die Reverse Transkriptase, welche die umgekehrte Transkription (Transkription versa) durchführt.

Das zentrale Dogma der Molekularbiologie wurde daher neu definiert.

Transkription (RNA-Synthese)

Die Transkription findet im Zellkern statt und benötigt:

• DNA-Matrize: Nur einer der beiden DNA-Stränge dient als Vorlage (Matrizenstrang). Der andere Strang wird als codierender Strang bezeichnet.
• Enzyme: Katalysiert durch die RNA-Polymerase.
• Ribonukleotide: A, G, C und U. Diese werden durch Phosphodiesterbindungen miteinander verknüpft.

Der Prozess besteht aus drei Phasen: Initiation, Elongation und Termination. Nach der Termination (bei Eukaryoten) erfolgt das Spleißen.

Initiation

Sie beginnt, wenn die RNA-Polymerase ein positives Startsignal für den Beginn des Prozesses erkennt. Diese Erkennungszeichen sind Promotor-Stellen – spezifische Sequenzen stickstoffhaltiger Basen, an die die RNA-Polymerase bindet. Die RNA-Polymerase bewirkt, dass sich die DNA-Doppelhelix öffnet.

Elongation (Verlängerung)

Ribonukleotide werden hinzugefügt, um die RNA zu bilden. Die RNA-Polymerase bewegt sich entlang des DNA-Matrizenstrangs und liest diesen in 3' → 5'-Richtung. Die RNA-Synthese erfolgt dabei antiparallel in 5' → 3'-Richtung. Das Enzym wählt die passenden Nukleotide aus und verknüpft sie durch Esterbindungen.

Bei Eukaryoten wird am 5'-Ende eine Kappe (Cap) gebildet, bestehend aus Methylguanosin-Phosphat. Dies dient als Erkennungszeichen für den Beginn des Lesevorgangs.

Termination (Beendigung)

Die RNA-Polymerase erkennt Terminationssignale, die das Ende der Transkription anzeigen. Nach Abschluss der Transkriptionsblase erfolgt die Trennung der transkribierten RNA von der DNA und der RNA-Polymerase.

• In Prokaryoten: Eine palindromische Basensequenz (Sequenzen, die von links nach rechts und von rechts nach links gleich gelesen werden können), gefolgt von mehreren T-Basen, bildet am Ende der RNA eine Schleife (Hairpin-Struktur), welche die DNA-Trennung begünstigt.
• In Eukaryoten: Das Schneidesignal ist die Sequenz AAUAAA (Polyadenylierungssignal), die einige Nukleotide vor der eigentlichen Schnittstelle in der RNA erscheint.

Nach der Trennung der RNA fügt ein Enzym (Poly-A-Polymerase) am 3'-Ende eine Sequenz aus Adenin-Nukleotiden ein (den Poly-A-Schwanz). Dieser Schwanz ist wichtig für die Reifung und den Transport der RNA aus dem Zellkern.