Zentrale Prozesse der Genexpression: Replikation, Transkription & Translation

DNA-Replikation: Verdopplung der Doppelhelix

Die DNA-Replikation ist ein bidirektionaler Prozess, der die Verdopplung der genetischen Information gewährleistet.

1. Entspannung der Doppelhelix: Topoisomerasen verhindern die Superspiralisierung (Supercoiling) der DNA, die durch das Entwinden entsteht.
2. Entwindung und Stabilisierung: Die Helikase trennt die beiden komplementären DNA-Stränge. Einzelstrang-bindende Proteine (SSB-Proteine) binden an die DNA-Einzelstränge, um deren erneute Zusammenlagerung zu verhindern.
3. Primer-Synthese: Da die DNA-Polymerase nicht ohne Startpunkt arbeiten kann, synthetisiert die Primase einen kurzen RNA-Primer.
4. Kontinuierliche Synthese (Leitstrang): Die DNA-Polymerase III beginnt die Synthese vom Primer aus kontinuierlich in 5' → 3' Richtung.
5. Diskontinuierliche Synthese (Folgestrang): Am antiparallelen Strang synthetisiert die Primase mehrere RNA-Primer. Die DNA-Polymerase III synthetisiert von diesen Primern aus DNA-Nukleotide (ca. 1.000) und bildet so Okazaki-Fragmente.
6. Entfernung der RNA-Primer: Die DNA-Polymerase I entfernt die RNA-Fragmente und füllt die entstandenen Lücken mit DNA auf.
7. Verbindung der Fragmente: Schließlich verbindet die DNA-Ligase die verschiedenen DNA-Fragmente (insbesondere die Okazaki-Fragmente) miteinander. Der Folgestrang wächst daher diskontinuierlich.

Transkription: Von DNA zu mRNA

Die Transkription ist der Prozess, bei dem genetische Information von DNA in RNA umgeschrieben wird.

1. Die RNA-Polymerase bindet an spezifische DNA-Sequenzen (den Promotor).
2. Die Transkriptionsblase wird geöffnet.
3. Synthese des RNA-Strangs.
4. Trennung der RNA-Polymerase (Termination).
5. RNA-Prozessierung (Eukaryoten): Entfernung der nicht-kodierenden Introns und Zusammenfügen der kodierenden Exons (Spleißen).
6. Vereinigung der Exons.

Translation: Von mRNA zu Protein

Die Translation ist der Prozess, durch den die in der mRNA enthaltene Nachricht in die Sprache der Proteine übersetzt wird.

1. Die kopierte mRNA verlässt den Zellkern durch die Kernporen.
2. Die mRNA bindet an die Ribosomen, die Organellen der Proteinsynthese.
3. Ribosomen lesen die mRNA-Informationen in Form von Tripletts (Codons), d.h. drei Nukleotiden.