Genetik

Transkriptionsfaktoren haben einen großen Einfluss auf die Regulation deiner Gene und damit auf die Funktionsfähigkeit deiner Zellen. Wie die Genregulation funktioniert und welche verschiedenen Transkriptionsfaktoren es gibt, erklären wir dir hier. Um noch schneller zu lernen, schau dir gern unser Video zu dem Thema an!

Inhaltsübersicht

Transkriptionsfaktoren einfach erklärt  

Transkriptionsfaktoren (TF) sind spezielle Proteine in eukaryotischen Zellen, die für das An- und Abschalten bestimmter Abschnitte auf der DNA (= Gene) zuständig sind. Das bezeichnest du als Genregulation

Genauer gesagt, kontrollieren die Transkriptionsfaktoren – wie dir ihr Name bereits angibt – die Transkription während der Proteinbiosynthese . Dieser Schritt ist dafür zuständig, die genetischen Informationen auf der DNA in eine einzelsträngige RNA (mRNA = messenger-RNA) umzuschreiben. Die Boten-RNA kann dann in der nachfolgenden Translation in Proteine übersetzt werden. 

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Ablauf der Proteinbiosynthese

 

Du unterscheidest zwischen allgemeinen und spezifischen Transkriptionsfaktoren. Allgemeine Transkriptionsfaktoren kommen in allen Zellen vor und sind notwendig, damit die Transkription überhaupt starten kann. Spezifische Transkriptionsfaktoren hingegen kommen nur in bestimmten Zellen vor und zeigen quasi dem für die Transkription zuständigen Enzym (RNA Polymerase ), welche Gene es ablesen soll. 

Transkriptionsfaktoren Definition

Transkriptionsfaktoren (engl. transcription factor) sind Proteine, die die Transkription von Eukaryoten während der Proteinbiosynthese ermöglichen und steuern. Es wird zwischen den allgemeinen und spezifischen Transkriptionsfaktoren unterschieden. 

Transkriptionsfaktoren Genregulation

Damit dein Körper voll funktionsfähig sein kann, müssen Proteine genau zum richtigen Zeitpunkt und in den passenden Zellen hergestellt werden. Das bezeichnest du als Genregulation ; also das An- oder Abschalten bestimmter Gene  bei Bedarf. 

Manche Enzyme und Strukturproteine werden in Zellen ständig benötigt (z.B. Enzyme für den Glucoseabbau ), andere Proteine sind nur in besonderen Situationen, wie bei der Vermehrung erforderlich. Um das zu erreichen, kann dein Körper an bestimmten Stellen in die Proteinherstellung eingreifen. 

Transkriptionsfaktoren beeinflussen die Ebene der Transkription , sie entscheiden also darüber, welche Gene abgelesen werden sollen und welche nicht. Außerdem können sie auf die Geschwindigkeit der Transkription einwirken. 

Transkriptionsfaktoren Klassifizierung

Wie du bereits weißt, kannst du zwischen zwei verschiedenen Arten der Transkriptionsfaktoren unterscheiden: Die allgemeinen (basalen) und die speziellen Transkriptionsfaktoren. Beide Proteine haben gemeinsam, dass sie entweder mit der DNA selbst oder mit anderen DNA-bindenden Proteinen in Wechselwirkung treten. 

Allgemeine (basale) Transkriptionsfaktoren

Beginnen wir mit den allgemeinen (basalen)Transkriptionsfaktoren. Sie sind in allen Zellen gleichmäßig vorhanden und wichtig, damit die Transkription überhaupt starten kann. Die allgemeinen Transkriptionsfaktoren greifen also in der Initiationsphase (Initiation = Einführung, Beginn) der Transkription ein.

Eukaryotische Gene besitzen bestimmte Abschnitte, – die sogenannten Promotoren – die als Startregion für die Transkription fungieren. Allerdings kann das für die Transkription zuständige Enzym RNA-Polymerase  nicht eigenständig an die Startregion binden. Das ist erst möglich, nachdem sich dort verschiedene Transkriptionsfaktoren angesammelt haben. Sie „helfen“ dadurch der Polymerase, den Promotor zu finden. Erst dann kann können die jeweiligen Gene abgelesen werden.  

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Allgemeine Transkriptionsfaktoren

 

Im Detail läuft das Ganze folgendermaßen ab: 

Zuerst bindet der allgemeine Transkriptionsfaktor TFIID (TF=Transkriptionsfaktor; II= RNA-Polymerase 2; D= der Name des Faktors) an die sogenannte TATA-Box. Darunter verstehst du eine Region auf dem Promotor mit einem hohem Anteil der Basen Adenin und Thymin. Die Bindung von TFIID an der DNA sorgt dafür, dass sich sowohl die Struktur des Proteins als auch die der DNA ändert. Dadurch bilden sich neue „Andockstellen“ für weitere basale Transkriptionsfaktoren (TFIIB, TFIIA), woraus ein sogenannter Transkriptionskomplex entsteht. Erst dann kann die RNA Polymerase II gemeinsam mit einem weiteren Transkriptionsfaktor (TFIIF) an den Promotor docken. Daraufhin kommen noch zwei weitere Transkriptionsfaktoren (TFIIE und TFIIH) dazu. 

Insgesamt entsteht ein Komplex, der aus 6 verschiedenen Transkriptionsfaktoren und der RNA Polymerase zusammengesetzt ist. Du kannst ihn auch als Präinitiationskomplex bezeichnen. Erst dann kann die Transkription starten. 

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Bildung des Präinitiationskomplexes

Spezifische Transkriptionsfaktoren

Machen wir mit den spezifische Transkriptionsfaktoren weiter. Sie tragen zur Spezialisierung eukaryotischer Zellen während ihrer Entwicklung bei. Denn in allen Zellen sind alle Gene vorhanden, aber ihr „Werdegang“ wird dadurch beeinflusst, welche Gene wann und in welcher Menge exprimiert werden. 

Spezifische Transkriptionsfaktoren kommen nur in bestimmten Zelltypen vor, in denen sie ein spezielles Gen aktivieren oder unterdrücken sollen. Das funktioniert zum Beispiel, indem sie an bestimmte DNA Abschnitte binden und durch eine Wechselwirkung mit der RNA Polymerase die Geschwindigkeit der Transkription (Transkriptionsrate) regulieren können.

Manche Abschnitte sind positive Regulatoren (=Erhöhen die Geschwindigkeit). Du bezeichnest sie als Enhancer (engl. to enhance = steigern). Sie können an die Transkriptionsfaktoren (auch Aktivatorproteine) binden.  Andere DNA-Elemente hingegen sind negative Regulatoren (=Verringern die Geschwindigkeit). Du bezeichnest sie als Silencer (engl. to silence = zum Schweigen bringen), an die Repressorproteine „docken“ können. 

Allerdings liegen die Enhancer oder Silencer meist weit entfernt von der zu übersetzenden Basensequenz. Deshalb bildet sich eine Art Schlaufe in der DNA, um eine Wechselwirkung mit dem RNA-Polymerase-Komplex zu ermöglichen. 

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Genregulierung durch spezifische Transkriptionsfaktoren

Häufig sind zahlreiche Transkriptionsfaktoren an der Regulation eines Gens beteiligt, deren Kombination die Transkriptionsrate beeinflusst. So stellen beispielsweise die unreifen roten Blutkörperchen im Knochenmark ein bestimmtes Protein (β-Globin) her, das in den unreifen weißen Blutkörperchen nicht produziert wird. Das liegt daran, dass bestimmte Transkriptionsfaktoren fehlen bzw. inaktiv sind. 

Genregulation bei Prokaryoten

Prokaryoten besitzen keine Transkriptionsfaktoren, sondern nutzen eine andere Variante zur Genregulierung: Das sogenannte Operon Modell . Unter einem Operon verstehst du eine Einheit aus ähnlichen Genen (Strukturgenen), die zusammen über eine einzige regulatorische Stelle kontrolliert werden. Um das Operon-Modell Schritt für Schritt nachzuvollziehen, ist unser Beitrag dazu genau das Richtige für dich! 

Zum Video: Lac-Operon
Zum Video: Lac-Operon

 

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