Genetik

RNA Polymerase

Die RNA-Polymerase kommt in allen Lebewesen vor und spielt eine wichtige Rolle in der Transkription der Proteinbiosynthese. In diesem Beitrag erfährst du alles Wissenswerte über das Enzym. %Du möchtest noch einfacher lernen? Dann schau dir gerne unser dazugehöriges Video an!

Inhaltsübersicht

RNA Polymerase einfach erklärt

Eine RNA-Polymerase (kurz: RNAP) ist ein Enzym, das für die Herstellung einer Ribonukleinsäure (RNA )  aus ihren einzelnen Bestandteilen – den Nukleotiden%Verweis – zuständig ist. Hierfür benötigt die RNA-Polymerase eine Kopie-Vorlage in Form von DNA (=DNA abhängige RNA Polymerase) oder RNA (= RNA abhängige RNA Polymerase). 

Es handelt sich quasi um eine Kopiermaschine, die das jeweilige Erbgut ablesen und in Ribonukleinsäuren übersetzen können. 

Die DNA abhängige RNA Polymerase spielt vor allem während der Transkription in der Proteinbiosynthese eine große Rolle. Die dabei entstehende mRNA  (messenger RNA) enthält die Informationen zur Proteinherstellung, was für alle Organismen lebensnotwendig ist. 

%<img class="alignnone  wp-image-77020" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/11/Bild1-1-238x300.png" alt="" width="289" height="364" />Beschreibung: RNA-Polymerasen als "Kopierer" Alt-Text: DNA, RNA, Transkriptionsfaktoren, Replikation, Transkription

RNA-Polymerasen als „Kopierer“, DNA, RNA, Transkriptionsfaktoren, Replikation, Transkription
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RNA-Polymerasen als „Kopierer“

%Animation: hier bitte einen DNA Doppelstrang + RNA Einzelstrang abbilden + zwei Pfeile zu einem RNA Einzelstrang machen; jeweils bitte beschriften + beim DNA Strang einen ausefüllten kreis und DNA abhängige RNA Polymerase schreiben und bei RNA RNA abhängige RNA Polymerase beschriften

RNA Polymerase Definition

Eine RNA Polymerase ist ein Enzym, das die Bildung einer RNA anhand einer RNA- oder DNA-Vorlage veranlasst. 

RNA Polymerase Aufbau 

Die RNA Polymerase ist ein Enzymprotein, das aus mehreren Polypeptidketten aufgebaut ist. Sie wird in verschiedene Untereinheiten aufgeteilt, die jeweils nach griechischen Buschstaben (α, β usw.) benannt werden. Jede Untereinheit übernimmt spezielle Aufgaben wie das Knüpfen der Bindungen zwischen den einzelnen RNA-Bausteinen oder das Erkennen des Startsignals, wann mit dem Kopieren begonnen werden kann. 

Je nach Form und Vorkommen unterscheiden sich die RNA Polymerasen jeweils. Generell kannst du dir aber merken, dass die eukaryotischen Polymerasen meist größer und komplexer aufgebaut sind als die der Prokaryoten. 

Meist gleich ihr Aufbau auch dem einer rechten Hand, die das jeweilige Erbgut dann quasi „umgreift“. 

%<img class="" src="https://www.medmix.at/wp-content/uploads/2015/06/Proteine-und-RNA-Polymerase.jpg" alt="Quellbild anzeigen" width="364" height="292" />

%Allgemeiner Aufbau RNA Polymerase; alt Text: RNA Polymerase, DNA, RNA, Transkription, Untereinheit, Eukaryoten, Prokaryoten

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Allgemeiner Aufbau RNA-Polymerase
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RNA Polymerisation 

Die zentrale Funktion der RNA Polymerasen besteht in der Polymerisation  der RNA. Unter Polymerisation kannst du generell verstehen, dass sich einzelne Bausteine (Monomere) zu einer langen Kette (Polymer; „poly“ = „viele“) verbinden. Hier stellt das Polymer die RNA dar und die Monomere sind die Nukleotide. %<img class="" src="https://www.pharmawiki.ch/wiki/media/Nukleinsaeuren_1.png" alt="Quellbild anzeigen" width="241" height="316" />

Als Vorlage für diese Verknüpfung nutzen die RNA  Polymerasen entweder einen DNA oder RNA Einzelstrang. Die in den Nukleotiden enthaltenen 4 Basen%Verweis paaren sich immer nur in einer bestimmten Kombination (=komplementäre Basenpaarung) miteinander. Dadurch „weiß“ die RNA Polymerase auch welches Nukleotid als nächstes angefügt werden muss. 

%<img class="" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/09/Erstellung_der_mRNA_WP-4-1024x576.jpg" alt="Erstellung der mRNA, Transkription, Proteinbiosynthese, DNA, RNA, RNA-Polymerase" width="481" height="271" />

%Bitte 1:1 aus Transkription entnehmen; nur RNA Polymerase noch beschriften + statt mRNA RNA schreiben ; Überschrift vielleicht am besten als RNA Polymerisation

RNA Polymerisation, Transkription, Proteinbiosynthese, DNA, RNA, RNA-Polymerase
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RNA Polymerisation

Zwischen den verschiedenen Polymerasen bestehen Unterschiede, wie viele Nukleotide am Stück verknüpft werden können, bis sie von der DNA „abfallen“. Das kannst auch als Prozessivität bezeichnen. Teilweise können so mehrere hunderter RNA Basen am Stück verknüpft werden. 

Die RNA Polymerasen arbeiten immer nur in eine Richtung und zwar vom 5′ Ende zum 3′ Ende.  Außerdem besitzen sie einen einfachen Mechanismus, um Fehler beim Kopieren zu vermeiden. Sie bleibt bei einer Fehlpaarung einfach länger an der entsprechenden DNA Stelle, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass der falsche Baustein wieder „abfällt“. 

RNA Polymerase Arten

Du kannst die RNA Polymerasen, je nach dem mit welcher Vorlage (Matrize) sie arbeiten ,in die Gruppen DNA abhängige, RNA abhängige und unabhängige RNA Polymerasen einteilen. 

Schauen wir uns die jeweiligen Polymerasearten noch etwas genauer an:  

DNA abhängige RNA Polymerasen

Beginnen wir mit den DNA abhängigen RNA Polymerasen(engl. DNA-dependent RNA- Polymerase; DdRP). Wenn der Begriff RNA Polymerase fällt, hast du es meistens mit einer DNA-abhängigen Polymerase zu tun.

Sie sind dafür zuständig, die genetischen Informationen auf der DNA zu „kopieren“ und daraus eine RNA zu produzieren. Den Vorgang bezeichnest du als Transkription (lat. transcribere = umschreiben). Wichtige „Produkte“ sind dann zum Beispiel die mRNA (messenger RNA), die tRNA (transfer RNA) oder die rRNA (ribosomale RNA)

 

%<img class="" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/11/RNA__%C3%9Cbersicht_WP-1024x576.jpg" alt="RNA-Typen, mRNA, tRNA, rRNA, Ribose, Phosphatrest, Base, Transkription, Translation" width="556" height="313" /><span style="font-size: inherit;">

%Beschreibung: Transkription durch die RNA-Polymerase Alt-Text: RNA-Polymerase, DNA, mRNA, tRNA, rRNA, transkription %Animation: Bild aus RNA Artikel bitte einfach RNA Polymerase schematisch darstellen (als ausfüller Kreis); + DNA Doppelhelix und dann Pfeile zu den jeweiligen RNA-Arten mRNA,tRNA und rRNA 

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Transkription durch die RNA-Polymerase



In allen Lebewesen- also den Prokaryoten und Eukaryoten – kommt die DNA abhängige RNA-Polymerase vor. Allerdings in jeweils unterschiedlicher Form und Funktion. 

Prokaryoten

Prokaryoten besitzen jeweils nur eine DNA abhängige RNA Polymerase Art, die für die Herstellung aller benötigten RNAs zuständig ist. Die RNA Polymerase des Modellorganismus E. Coli ist in der Lage circa 50 RNA Bausteine pro Sekunde zu verknüpfen. Ganz schön schnell oder? 

Eukaryoten 

Bei den Eukaryoten – also Tieren, Pflanzen und Pilzen – gibt es mehrere DNA-abhängige RNA-Polymerasen. Jede Polymerase ist für die Herstellung unterschiedlicher RNAs zuständig. Die Spezialisierung ermöglicht eine gezielte und kontrollierte Arbeit mit wenig Fehleranfälligkeit. 

Hier wollen wir dir 3 wichtige Polymerasen bei eukaryotischen Lebewesen näher vorstellen. Sie werden jeweils mit arabischen oder römischen Zahlen gekennzeichnet. 

  • RNA Polymerase 1 (I)
  • RNA Polymerase 2 (II)
  • RNA Polymerase 3 (III)

Schauen wir uns nun an, wofür die einzelnen Polymerasen zuständig sind: 

Die RNA Polymerase 1 sorgt im Kernkörperchen für die Bildung der sogenannten prä-rRNA, also einem Vorläufermolekül der rRNA . Sie ist Bestandteil der Ribosomen in unseren Zellen. 

%Hier bitte Bild aus rRNA Artikel entnehmen, das die rRNA in den Ribosomen zeigt

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rRNA als Hauptbestandteil der Ribosomen

Die RNA Polymerase II erstellt die prä-mRNA, die als fertige mRNA für die Proteinherstellung während der Proteinbiosynthese sorgt. Außerdem ist sie für die Bildung der sogenannten snRNAs zuständig, die Modifikation der prä-mRNA verantwortlich sind. 

%<img class="" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/09/Erstellung_der_mRNA_WP-4-1024x576.jpg" alt="Erstellung der mRNA, Transkription, Proteinbiosynthese, DNA, RNA, RNA-Polymerase" width="481" height="271" />

%Bitte aus Transkription entnehmen + RNA Polymerase II beschriften

Erstellung der mRNA, Transkription, Proteinbiosynthese, DNA, RNA, RNA-Polymerase
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Erstellung der mRNA

Eine RNA Polymerase III bildet vor allem die tRNAs, die die Aminosäuren zur Proteinherstellung an die Ribosomen transportieren. Zusätzlich erzeugen die Polymerasen eine weitere rRNA. 

%<img class="" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/11/Bau_einer_tRNA_WP-1024x576.jpg" alt="Bau einer tRNA, RNA, Aminosäure, D-Schleife, TΨC-Schleife, Anticodon-Schleife, Proteinbiosynthese, Translation" width="488" height="275" />

%Bitte aus Artikel tRNA entnehmen; Anticodon und Anbindungsstelle für Aminosäuren reicht als Beschriftung aus

Bau einer tRNA, RNA, Aminosäure, D-Schleife, TΨC-Schleife, Anticodon-Schleife, Proteinbiosynthese, Translation
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Bau einer tRNA

RNA abhängige RNA Polymerase 

Machen wir weiter mit den RNA-abhängige RNA-Polymerasen (engl. RNA-dependent RNA- Polymerase; RdRP). Sie sind für die Herstellung einer komplementären RNA anhand einer RNA Vorlage zuständig. Allerdings besitzen sie keine Korrekturfunktion, was zu einer hohen Fehleranfälligkeit führt.  Sie kommen in Eukaryoten und einigen Viren (RNA Viren) vor. 

Eukaryoten

In Eukaryoten sorgen RNA abhängige RNA Polymerasen für die Synthese der sogenannten small interfering RNAs (siRNA). Sie wirken bei der sogenannten RNA Interferenz mit. Darunter kannst du ein Abwehrsystem gegen „fremde“ RNA (z.B. bei Virusbefall) verstehen. 

%Thumbail Video RNA Interferenz

%Mehr zu diesem Prozess erfährst du in unserem Artikel zur <strong>RNA Interferenz</strong>.

Viren

RNA-Viren wie Coronaviren , die eine RNA als Erbsubstanz enthalten,  benötigen ebenfalls RNA-abhängige RNA Polymerasen. Diese sind für die Verdopplung ihres Erbgut im Zuge der Vermehrung zuständig. 

Die Verdopplung einer RNA bezeichnest du als RNA Replikation , weshalb die RNA Polymerase in diesem Zusammenhang auch oft RNA Replikase genannt wird. 

Unabhängige RNA Polymerasen

Unabhängige RNA Polymerasen hingegen arbeiten ohne Vorlage. Zu ihnen zählt die sogenannte Poly(A)-Polymerase. Sie ist nach der Transkription in eukaryotischen Zellen zuständig die prä-mRNA zu modifizieren und dadurch vor einem Abbau zu schützen. Das gelingt ihr, indem sie an das 3′ Ende einen sogenannten Poly(A)-Schwanz (=viele Adenin Nukleotide) anhängt. Du bezeichnest den Mechanismus als Polyadenylierung

%<img class="" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/09/Polyanedylierung_der_mRNA_WP-1024x576.jpg" alt="Polyanedylierung der mRNA, RNA-Prozessierung, Poly-A-Schwanz, 5'-Cap, RNA, Proteinbiosynthese" width="497" height="280" />

%Bitte Bild 1:1 aus Artikel Transkription entnehmen;)

Polyandenylierung der mRNA, RNA-Prozessierung, Poly-A-Schwanz, 5'-Cap, RNA, Proteinbiosynthese
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Polyandenylierung der mRNA

RNA Polymerase und Transkription

Wie du bereits gelernt hast, sind die DNA abhängigen RNA Polymerasen für die Transkription zuständig. Unter einer Transkription verstehst du die Herstellung einer RNA, wobei die DNA als Bauplan genutzt wird.

Das funktioniert, indem die DNA Polymerase an einen Startpunkt (Promotor) an der DNA bindet. Bei Eukaryoten benötigt sie hierfür aber Hilfsproteine, sogenannte Transkriptionsfaktoren.%Verweis Erst wenn eine Einheit dieser Transkriptionsfaktoren am Promotor „haften“ kann auch die RNA-Polymerase an ihn binden und die Transkription starten. 

Zusätzlich können noch weitere Transkriptionsfaktoren während der Transkription die Aktivität der RNA Polymerase beeinflussen. Das funktioniert, indem die Proteine an spezielle Stellen auf der DNA (Enhancer und Silencer)  binden und dadurch entweder für eine Verlangsamung oder Verschnellerung der Transkription sorgen.  

Um den genauen Vorgang der Transkription nachzuvollziehen, ist unser Video dazu genau das Richtige für dich! 

%Thumbnail Transkription

Vergleich RNA-Polymerase und DNA-Polymerase

Neben der RNA Polymerase gibt es auch die sogenannte DNA Polymerase. Sie sorgt für die Herstellung eines DNA-Moleküls

DNA Polymerasen spielen eine zentrale Rolle in der DNA Replikation %Verweis, um die genetischen Informationen bei Zellwachstum und Fortpflanzung weitergeben werden können. Auch in der Biotechnologie wie in der sogenannten Polymerase Kettenreaktion (PCR)%Verweis können mit ihrer Hilfe DNA Abschnitte vervielfältigt werden.

DNA Polymerase und RNA Polymerase besitzen beide die gleiche Syntheserichtung (von 5′ zu 3′). Allerdings benötigen DNA Polymerasen im Gegensatz zu den RNA Polymerasen einen Starter (=Primer), da sonst keine Synthese möglich ist. 

%Thumbnail DNA Polymerase

Für mehr Informationen zur DNA Polymerase, schaue gerne bei unserem Beitrag vorbei! 

 

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