Molekulare Genetik: DNA-Replikation, Transkription & Translation
Molekulare Genetik: DNA-Replikation, Transkription und Translation
Das Konzept des Gens
Ein Gen ist ein DNA-Abschnitt, der Informationen für die Synthese von strukturellen und regulatorischen Proteinen enthält.
Merkmale von Genen
- Prokaryoten: Gene sind kontinuierliche Einheiten, die alle Informationen für die Proteinsynthese enthalten.
- Eukaryoten: Gene sind „fragmentiert“. Sie bestehen aus codierenden Sequenzen (Exons) und nicht-codierenden Sequenzen (Introns), die während der Transkription entfernt werden.
DNA-Replikation
Die Replikation ist der Prozess, bei dem ein DNA-Molekül zwei identische Kopien von sich selbst erstellt.
- Zweck: Übertragung der genetischen Information an die Nachkommen und Erhaltung der Art.
- Beteiligte Elemente: DNA-Matrize, Topoisomerase, DNA-Polymerase, RNA-Polymerase, DNA-Ligase, Desoxyribonukleotid-Triphosphate und Ribonukleotid-Triphosphate.
DNA-Polymerase
Es gibt die Typen I, II und III. Ihre Funktionen sind:
- Polymerase-Aktivität: Verknüpfung von Nukleotiden.
- Exonuklease-Aktivität: Entfernung von RNA-Fragmenten.
Phasen der Replikation
- Initiationsphase: Die Doppelhelix öffnet sich am Startpunkt. Helikasen lösen die Wasserstoffbrückenbindungen, während Gyrase und Topoisomerase die Spannung der DNA-Stränge lösen. Es bildet sich eine bidirektionale Replikationsblase.
- Elongationsphase: DNA-Polymerasen benötigen einen RNA-Primer mit einem freien 3'-OH-Ende. Die DNA-Polymerase III synthetisiert den neuen Strang in 5'-3'-Richtung. Der Leitstrang wird kontinuierlich synthetisiert, der Folgestrang diskontinuierlich in Form von Okazaki-Fragmenten. Die DNA-Ligase verbindet diese Fragmente nach Entfernung der Primer.
Vergleich: Replikation bei Prokaryoten vs. Eukaryoten
| Merkmal | Prokaryoten | Eukaryoten |
|---|---|---|
| Geschwindigkeit | Schnell (nackte DNA) | Langsam (DNA mit Proteinen) |
| Replikationsursprünge | Einer | Mehrere (Replikons) |
| DNA-Polymerasen | 3 | 5 |
| Telomere | Nicht verkürzt | Verkürzen sich (Alterung) |
Transkription
Der Prozess der Kopie eines Gens in eine RNA-Sequenz.
- Lage: Zytoplasma (Prokaryoten) bzw. Zellkern (Eukaryoten).
- Phasen:
- Initiation: Die RNA-Polymerase bindet an den Promotor (z. B. TATA-Box).
- Elongation: Die RNA-Polymerase synthetisiert RNA in 5'-3'-Richtung. Das 5'-Ende erhält eine 7-Methyl-Guanosin-Kappe.
- Terminierung: Die Transkription endet an spezifischen Signalsequenzen. Die RNA erhält einen Poly-A-Schwanz.
Translation (Proteinsynthese)
Der Prozess der Proteinbildung an den Ribosomen basierend auf der mRNA-Information.
- Beteiligte Komponenten: mRNA, tRNA, rRNA, Ribosomen und Enzyme (z. B. Aminoacyl-tRNA-Synthetase).
- Phasen:
- Aktivierung der Aminosäuren: Bindung der Aminosäure an die spezifische tRNA durch Aminoacyl-tRNA-Synthetase unter ATP-Verbrauch.
- Initiation: Die mRNA bindet an die kleine ribosomale Untereinheit; das Start-Codon AUG wird erkannt.
- Elongation: Die Peptidyl-Transferase verknüpft Aminosäuren durch Peptidbindungen. Das Ribosom wandert entlang der mRNA (Translokation).
- Terminierung: Bei Erreichen eines Stop-Codons lösen Freisetzungsfaktoren die Polypeptidkette vom Ribosom.