Transkription (Biologie)
Die Transkription ist der erste Schritt der Proteinbiosynthese. Hier erklären wir dir den genauen Ablauf Schritt für Schritt.
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Inhaltsübersicht
Transkription einfach erklärt
Von einem Abschnitt auf der DNA – dem Träger unserer Erbinformationen – bis zum Merkmal wie deine Augenfarbe, Körpergröße oder Blutgruppe ist es ein weiter Weg. Für die Ausprägung dieser Merkmale ist ein Protein oder Enzym zuständig. Das kann dann zum Beispiel Wachstumshormone produzieren und damit deine Körpergröße beeinflussen.
Du bezeichnest den gesamten Prozess vom Gen (= bestimmter DNA-Abschnitt) zum Protein als Proteinbiosynthese. Er besteht aus zwei Hauptschritten – der Transkription und der Translation.
Die Transkription (lat. transcribere = umschreiben) ist dafür zuständig, transportfähige Kopien der DNA in deinem Zellkern herzustellen. Die genetischen Informationen der doppelsträngigen DNA werden also „umgeschrieben“ und zwar in Form einer einzelsträngigen RNA . Du bezeichnest sie auch als mRNA oder messenger RNA.
Der Zwischenschritt von der DNA zur RNA ist wichtig, da die DNA mit unseren Erbinformationen geschützt im Zellkern zurück bleiben kann. Die mRNA wird nämlich nach ihrer Herstellung in unser Zellplasma zu den Ribosomen transportiert. Denn dort findet die Translation statt, in der mithilfe der mRNA- Vorlage Proteine produziert werden. Falls die mRNA beim Transport beschädigt wird, besitzen wir trotzdem noch das „Original“ .
Du kannst die Transkription in drei getrennte Prozesse einteilen: die Initiation, die Elongation und die Termination.
Die Transkription (lat. transcribere = dt. umschreiben) ist der erste Schritt der Proteinbiosynthese. Bei diesem Schritt wird die DNA einer Zelle in eine mRNA umgeschrieben. Die erstellte mRNA wird dann bei der Translation mit Hilfe von Ribosomen in Proteine übersetzt.
Initiation
Der erste Schritt ist die Initiation. Die RNA- Polymerase setzt sich an die DNA und fährt diese entlang der Basen ab. Wenn der sogenannte Promotor erreicht ist, startet die Transkription. Das ist eine Basensequenz, in der Thymin und Adenin besonders häufig vorkommen, wie zum Beispiel TATAAA. Der Promotor teilt der Polymerase mit, dass der darauffolgende Gen-Bereich „abgeschrieben“ werden soll.
Ab dieser Stelle entwirrt die RNA-Polymerase den DNA-Strang und löst die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen und spaltet so die Doppelhelix auf. Unter der Doppelhelix verstehst du die grundsätzliche Form der DNA. Sie sieht aus, als würdest du zwei Stricke (ein Strick stellt einen DNA-Strang dar) aneinander gelegt eindrehen.
So entstehen 2 Stränge: der codogene Strang und der nicht-codogene Strang. Sie unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Laufrichtung. Der codogene Strang läuft vom 3′ Ende zum 5′ Ende, und der nicht-codogene Strang vom 5’Ende zum 3’Ende. Das 5′- und 3′ Ende gibt die Richtung der DNA an. Diese kommen durch die Lage der Phosphatgruppe und Alkoholgruppe innerhalb der Nukleotide zustande. Ein Nukleotid ist dabei der Grundbaustein der DNA und besteht aus einer Phosphatgruppe, einem Zucker und einer Base.
Der für die Transkription wichtige Strang ist der codogene Strang. Denn nur dieser wird von der RNA-Polymerase abgelesen, da darauf die codierenden Informationen liegen.
Elongation
Der nächste Step ist die Elongation. Bei der Elongation wird die DNA-Sequenz in die mRNA übertragen. mRNA ist die Abkürzung für Messenger RNA (deutsch: Boten-RNA). Auch hier ist die RNA-Polymerase wieder notwendig. Sie setzt sich an den Promotor und bewegt sich entlang des codogenen Einzelstrangs vom 3’Ende zum 5’Ende. Währenddessen liest die Polymerase jede Base des codogenen Stranges einzeln ab und setzt die dazugehörigen, komplementären Nukleotide als neuen Strang an. Zur Wiederholung: Ein Nukleotid ist der Grundbaustein der DNA und RNA und besteht aus einem Phosphatrest, einem Zucker und einer Base.
Die komplementären Basen der Nukleotide sind:
- Guanin und Cytosin
- Adenin und Thymin
Der Strang, der sich dabei bildet, ist die mRNA. Dieser läuft in 5′- 3′ Richtung und stellt eine genaue Kopie des nicht-codogenen Stranges dar. Die einzigen Unterschiede sind der Zucker (DNA hat die Desoxyribose und die RNA hat die Ribose) und eine Base: das Uracil. Diese wird statt dem Thymin eingesetzt und ist typisch für die RNA.
Mehr Informationen über Aufbau und Funktion der mRNA findest du in unserem Video – schau gerne vorbei!
Während der Elongation kann die Geschwindigkeit der Transkription durch zwei bestimmte Nukleotidsequenzen beeinflusst werden. Diese liegen auf der DNA und werden durch sogenannte Transkriptionsfaktoren abgelesen. Dabei handelt es sich um spezielle Proteine.
Die beeinflussenden Sequenzen sind der Enhancer und der Silencer. Der Enhancer (engl. für Verstärker) verstärkt die Transkription und der Silencer (engl. für Dämpfer) hemmt sie. Um beide abzulesen, gibt es spezielle Transkriptionsfaktoren. Der Enhancer wird von dem Transkriptionsfaktor Aktivator abgelesen und der Silencer von dem Faktor Repressor. Diese liegen an der RNA-Polymerase und geben ihr die Information weiter. Somit beschleunigen oder verlangsamen sie die Transkription.
Nun ist die eigentliche Transkription abgeschlossen und du erhältst eine Kopie der DNA als mRNA.
Termination
Der letzte Schritt ist die Termination. Hier wird die Transkription endgültig beendet. Dafür existiert ein Terminator. Das ist eine Folge von vier bis zehn Guanin/Cytosin-Basenpaaren.
Nun löst sich die abgeschriebene RNA und auch die RNA-Polymerase entfernt sich von der DNA. Die DNA fügt ihre Stränge wieder zusammen und es entsteht die typische Doppelhelix.
Wir haben nun also einen mRNA-Strang. Dieser befindet sich bei den Eucyten im Kernplasma und bei den Procyten im Cytoplasma, da diese Zellen keinen Zellkern besitzen.
RNA-Prozessierung
Bei den Prokaryoten finden die Transkription und Translation im gleichen Zellbestandteil, nämlich im Cytoplasma, statt und die Translation kann nun direkt beginnen.
Bei den Eukaryoten läuft die Transkription im Zellkern und die Translation im Cytoplasma ab. Bevor die mRNA aber den Zellkern verlassen kann, folgt noch ein Zwischenschritt: die RNA-Prozessierung.
Nach der Transkription liegt bei den Eukaryoten eine prä-RNA, also eine unreife RNA vor. Diese ist anfällig für Schäden und enthält unwichtige Basensequenzen. Deshalb muss sie noch bearbeitet werden. Diese Bearbeitung findet bei der RNA-Prozessierung statt.
Der erste Schritt ist die Polyadenylierung. Dabei erhält das 5′-Ende eine Art Kappe (5′-Cap), ein Guanin-Nucleotid, und das 3′-Ende einen Schwanz aus Adenin-Nucleotiden (Poly-A-Schwanz). Dadurch wird die RNA vor dem Abbau geschützt und anhand der „Kappe“ weiß die Zelle, dass diese RNA für die Translation bereit ist und somit wird die mRNA in das Cytoplasma transportiert.
Die zweite Phase ist das Editing. Dabei wird die Reihenfolge mancher Basen an der m-RNA verändert, um eine größere Proteinvielfalt zu erzeugen.
Als letzter Schritt folgt das Splicing (deutsch: Spleißen). Dabei werden noch die sogenannten Introns entfernt. Das sind Abschnitte auf der RNA, die zwar transkribiert wurden, aber nicht codierend sind und somit nicht an der Translation teilnehmen. Die nun übrig bleibenden Teile namens Exons sind an der Translation direkt beteiligt. Deshalb werden sie aneinander gefügt und schließlich bei der Translation in Proteine übersetzt.
Die prä-RNA wurde also nun in die reife m-RNA umgewandelt. Diese wird aus dem Zellkern zu den Ribosomen im Zytoplasma transportiert, wo die Translation stattfindet.
Unterschiede in der Transkription zwischen Prokaryoten und Eukaryoten
Die Transkription läuft grundsätzlich bei Prokaryoten und Eukaryoten gleich ab. Es existieren allerdings Unterschiede. Beispiele hierfür sind der Ort, an dem sie stattfindet und die RNA-Prozessierung.
Transkription Eukaryoten
Bei Eukaryoten erfolgt die Regulation der Transkription über die Enhancer und Silencer. Bei diesen Lebewesen findet die Transkription im Zellkern statt. Danach folgt die RNA-Prozessierung. Dabei wird die prä-RNA bearbeitet und in eine reife mRNA umgewandelt.
Transkription Prokaryoten
Bei den Prokaryoten wird die Transkription über einen Operator geregelt. Das ist eine bestimmte Basensequenz. Außerdem findet die Transkription im Cytoplasma statt, da die Procyten keinen Zellkern besitzen und die DNA frei im Plasma liegt. Deshalb muss die mRNA auch nicht weit zu den Ribosomen transportiert werden. Außerdem enthält die gebildete mRNA keine Introns, die entfernt werden müssen. Deshalb findet bei einer Procyte keine RNA-Prozessierung statt.
Reverse Transkription
Die reverse Transkription ist eine spezielle Art der Transkription. Im Gegensatz zur klassischen Transkription wird aber nicht die DNA in eine mRNA umgeschrieben, sondern die mRNA in die DNA. Dieser Vorgang findet bei manchen Viren statt, wie zum Beispiel dem Retrovirus, der unter anderem HIV verursachen kann.
Transkription und Translation
Die Transkription ist der erste Schritt der Proteinbiosynthese. Darauf erfolgt der zweite Schritt- die Translation. Erst dann ist die Proteinherstellung abgeschlossen.
Die Translation findet im Cytoplasma an den Ribosomen statt. Dabei wird die mRNA in eine lange Kette aus Aminosäuren übersetzt (=Protein).
Wie genau die Translation abläuft erfährst du in unserem Video dazu. Schau es dir unbedingt an, damit du die Proteinbiosynthese richtig verstehst! Bis gleich!
