Genregulation bei Eukaryoten
Wie die Genregulation bei Eukaryoten funktioniert und abläuft, erfährst du hier!
Inhaltsübersicht
Genregulation bei Eukaryoten — einfach erklärt
Die Genregulation steuert, welche Genprodukte in welcher Menge hergestellt werden. Ein solches Genprodukt kann zum Beispiel ein Protein sein.
Diese Genregulation läuft bei Prokaryoten (z.B. Bakterien) und Eukaryoten (z.B. Menschen) unterschiedlich ab, weil sich ihr Aufbau unterscheidet.
Bei Eukaryoten kann die Genregulation zu verschiedenen Zeitpunkten bei der Proteinherstellung (Proteinbiosynthese) stattfinden. Sie ist vor, während und nach der Transkription (Kopieren der DNA) möglich. Je nach Zeitpunkt gibt es dabei verschiedene Mechanismen, die die Genaktivität regulieren können.
Prinzipiell besitzen alle Körperzellen die gleiche DNA mit den Bauplänen aller möglichen Genprodukte. Je nach Funktion einer Zelle werden aber nur manche davon gebraucht. Um Energie zu sparen, werden die restlichen Stoffe nicht hergestellt. Genregulation steuert also, welche Genprodukte in einer Zelle produziert werden.
Genregulation bei Eukaryoten — Ablauf
Meistens enthalten Gene den Bauplan für Proteine. Deshalb ist die Regulation der Proteinproduktion eines der größten Anwendungsgebiete der Genregulation.
Proteine werden während der Proteinbiosynthese hergestellt, die in die beiden Schritte Transkription und Translation aufgeteilt ist. Bei Prokaryoten passiert beides direkt nacheinander.
Eukaryoten besitzen dagegen einen Zellkern, in dem die Transkription stattfindet. Die Translation spielt sich dagegen im Cytoplasma ab. Deshalb wird die kopierte genetische Information in Form von mRNA zwischen den beiden Schritten aus dem Zellkern transportiert.
Die Genregulation kann bei Eukaryoten dabei vor und während der Transkription, aber auch zwischen Transkription und Translation stattfinden.
Genregulation vor Transkription
Der erste Zeitpunkt, zu dem eine Genregulation bei Eukaryoten stattfinden kann, ist vor der Transkription. Das ist in Form von zwei Mechanismen möglich: Der Methylierung und der Histon-Modifikation.
Methylierung
Bei der Methylierung spielen bestimmte Enzyme eine Rolle. Sie binden sogenannte Methylgruppen an spezifische Cytosin-Basen in der DNA. Dadurch wird die DNA so verändert, dass die Transkription nicht möglich ist. Das Gen wird also nicht abgelesen und ist „stummgeschaltet“.
Somit kann sicher gestellt werden, dass nur die benötigten Genprodukte gebildet werden.
Histon-Modifikation
Die DNA ist um bestimmte Proteine gewickelt, die sogenannten Histone. Insgesamt nennst du dieses Gebilde Chromatin. Auch hier kann eine Genregulation stattfinden.
Bei der Histon-Modifikation wird die Genaktivität über diese Histone beeinflusst. Es gibt drei verschiedene Moleküle, die an sie binden können. Je nach Molekül kommt es zu unterschiedlichen Auswirkungen.
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Methylierung — Auch an den Histonen ist eine Methylierung möglich. Bindet eine Methylgruppe an die Histone, verdichtet sich die DNA. Eine Transkription ist so nicht mehr möglich und das Gen wird nicht abgelesen. Es wird also auch kein Protein hergestellt.
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Acetylierung — Die Bindung einer Acetylgruppe „lockert“ die DNA. Die genetische Information kann so abgelesen werden — ein Protein wird hergestellt.
- Phosphorylierung — Handelt es sich bei dem bindenden Molekül um eine Phosphatgruppe, wir die DNA ebenfalls gelockert und das Ablesen ermöglicht.
Genregulation während Transkription
Auch während der Transkription ist eine Regulation der Genaktivität möglich. Das passiert dann durch bestimmte Transkriptionsfaktoren. Du unterscheidest zwischen den allgemeinen und den spezifischen Transkriptionsfaktoren.
Allgemeine Transkriptionsfaktoren
Damit die Transkription starten kann, muss die RNA-Polymerase an den Promotor binden. Hier spielen die allgemeinen Transkriptionsfaktoren eine Rolle. Erst wenn sie an den Promotor gebunden haben, kann auch die RNA-Polymerase daran binden und die Transkription beginnen.
Vor dem Promotor befinden sich außerdem bestimmte DNA-Abschnitte. Sie kontrollieren, ob das entsprechende Gen öfter oder seltener abgelesen werden muss. Dabei unterscheidest du zwei verschiedene Abschnitts-Typen:
- Der Enhancer sorgt für eine vermehrte Transkription eines Gens.
- Der Silencer vermindert die Transkription.
Spezifische Transkriptionsfaktoren
Allerdings schaffen das die Enhancer- und Silencer-Abschnitte nicht alleine. Damit sie aktiv werden können, müssen spezifische Transkriptionsfaktoren an sie binden. Du unterscheidest dabei die Aktivatoren (aktivierend) und die Repressoren (hemmend).
Aktivatoren binden hauptsächlich an Enhancer und Repressoren an Silencer. Um die Transkription zu beeinflussen, müssen sie allerdings ebenfalls an die RNA-Polymerase binden.
Ein Aktivator muss also sowohl an einen Enhancer-Abschnitt, als auch an die RNA-Polymerase binden. Der Repressor dagegen an einen Silencer-Abschnitt und die RNA-Polymerase.
Übrigens: Damit die Aktivatoren und Repressoren an die RNA-Polymerase gelangen, wird die DNA mithilfe eines Proteins gebogen. Du sprichst dabei von der Schleifenbildung.
Genregulation zwischen Transkription und Translation
Nach der Transkription liegt in Eukaryoten eine Prä-mRNA vor. Bevor diese für die Translation ins Cytoplasma transportiert werden kann, wird sie in die fertige mRNA umgewandelt. Diesen Schritt nennst du RNA-Prozessierung.
Dabei kommt es auch zum sogenannten Spleißen. Das ist ein Prozess, bei dem Abschnitte aus der DNA geschnitten werden, die keine wichtigen Informationen enthalten. Du nennst sie Introns. Die relevanten Abschnitte heißen Exons.
Beim alternativen Spleißen werden die Exons eines Gens außerdem neu angeordnet. Es ändert sich also der Bauplan auf diesem Gen. Das führt dazu, dass verschiedene mRNAs hergestellt werden können. Es wird eine größere Vielfalt an Proteinen produziert.
Auch während der Translation ist noch eine Genregulation bei Eukaryoten möglich. Es können sich zum Beispiel Phosphatgruppen an bestimmte Proteine an die Initiationsstelle der Translation hängen. Somit kann die Initiation nicht starten und die mRNA nicht übersetzt werden. Es wird also kein Genprodukt hergestellt.
Genregulation bei Eukaryoten — häufigste Fragen
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Genregulation Eukaryoten — was ist das?
Die Genregulation bei Eukaryoten steuert die Aktivität von Genen. Sie regelt, ob und in welcher Menge ein Genprodukt (z.B. Protein) hergestellt wird. Bei Eukaryoten kann die Genregulation vor und während der Transkription, zwischen Transkription und Translation oder während der Translation stattfinden.
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Wie funktioniert die Eukaryoten Genregulation?
Die Genregulation dient der Steuerung der Genaktivität. Verschiedene Mechanismen sorgen dafür, dass Genprodukte (z.B. Proteine) nur in einer bestimmten Ausprägung hergestellt werden. Sie regeln, ob und in welcher Menge das passiert. Bei Eukaryoten kann die Genregulation unter anderem während der Transkription stattfinden.
Genregulation
Super, jetzt kennst du dich mit der Genregulation bei Eukaryoten aus! Einen Überblick über das gesamte Thema der Genregulation und Einblicke, wie sie bei Prokaryoten abläuft, bekommst du in diesem Video!
