Grundlagen der DNA-Transkription und -Translation

Transkription von DNA

Wenn ein Teil der in einem DNA-Molekül enthaltenen Informationen im Zytoplasma der Zelle verwendet werden soll, um Proteine zu bauen, wird dieser in Form einer kleinen Kette von Ribonukleinsäure umgeschrieben: der Boten-RNA (mRNA). Dabei wird die gleiche grundlegende Korrelation wie bei der DNA verwendet, jedoch mit dem Unterschied, dass Thymin durch Uracil ersetzt wird.

Ribonukleotide werden nacheinander in 5'- zu 3'-Richtung verknüpft, wobei nur ein Teil der DNA-Kette als Vorlage dient und die RNA-Polymerase als Katalysator fungiert. Dieser Prozess erfordert zwei spezifische Sequenzen in der DNA:

• Promotor: Der Startpunkt der Sequenz, der sich bei Eukaryoten und Prokaryoten unterscheidet.
• Poly-A-Schwanz: Eine Sequenz von bis zu 200 Adeninnukleotiden am Ende der Sequenz.

Bei Eukaryoten dient diese Region als Signal, das die Kopplung eines größeren Vorläufers induziert.

Übersetzung von DNA (Translation)

Die genetische Information der mRNA muss im Zytoplasma von einer Proteinfabrik übersetzt werden: dem Ribosom (bestehend aus verschiedenen Proteinen und ribosomaler RNA). Die Bindung der mRNA an das Ribosom erfolgt an spezifischen Startsequenzen, die sich bei Eukaryoten und Prokaryoten unterscheiden.

Hier kommt die dritte Art von RNA ins Spiel: die Transfer-RNA (tRNA). Es gibt viele Arten von tRNA, und jede ist in der Lage, spezifische Gruppen von jeweils drei Basen (Codon) der mRNA zu erkennen. Jedes Triplett von Nukleotiden entspricht einer der zwanzig Aminosäuren, die die Polypeptidketten bilden.

Introns und Exons

In höheren Organismen ist die genetische Information ein Mosaik: Kodierende Sequenzen (Exons) werden von nicht-kodierenden Sequenzen, den sogenannten Introns, unterbrochen. In eukaryotischen Zellen enthalten die primären Transkripte zunächst alle Introns. Diese werden durch einen Prozess namens Spleißen entfernt, wobei die Exons zusammengefügt werden. Durch alternatives Spleißen können aus einem identischen Transkript verschiedene funktionelle Polypeptide entstehen. Die reife mRNA verlässt anschließend durch die Kernporen den Zellkern.

Unterschiede zwischen DNA und RNA

• DNA: Besteht aus zwei verdrillten Strängen in Form einer Doppelhelix. Die Ketten sind komplementär (Purin-Basen paaren mit Pyrimidin-Basen: G-C und A-T). Guanin und Cytosin sind durch drei Wasserstoffbrücken verbunden, Adenin und Thymin durch zwei. Die Stränge sind antiparallel orientiert.
• RNA: Besteht aus einer einfachen linearen Kette von Nukleotiden. Thymin wird durch Uracil ersetzt und der Zucker Desoxyribose durch Ribose.

Denaturierung und Renaturierung

• Denaturierung: Die Auftrennung der beiden DNA-Stränge, die bei einer Temperatur von etwa 100 °C erfolgt.
• Renaturierung: Die Wiedervereinigung der beiden Stränge nach einer Denaturierung, die bei einer Temperatur von etwa 65 °C stattfindet.