Genexpression
Die Genexpression beschreibt den Weg von einem Gen zum Genprodukt. Wie genau sie abläuft und reguliert wird, erfährst du in diesem Artikel! Wenn du das Thema noch schneller verstehen möchtest, dann schau dir auf jeden Fall unser Video dazu an!
Inhaltsübersicht
Genexpression einfach erklärt
Unter der Genexpression verstehst du den Prozess, bei dem das genetische Material der Zellen in eine für uns nutzbare Form überführt wird. Das funktioniert, da bestimme Abschnitte auf dem Erbgut (Gene) eine verschlüsselte Information für ein Genprodukt tragen. Das kann ein Protein oder ein RNA-Molekül sein. Die Bildung der Genprodukte, also das Exprimieren der Gene, bezeichnest du als Genexpression. Du „siehst“ die auf den Genen gespeicherten Informationen so in bestimmten Merkmalen eines Organismus.
Anders ausgedrückt beschreibt die Expression also den Weg vom sogenannten Genotyp zum Phänotyp . Diesen Weg kannst du im engeren Sinne auch als die Synthese der Proteine (Proteinbiosynthese ) sehen. Sie beinhaltet mehrere Zwischenschritte. Dazu gehören unter anderem die Transkription und die Translation.
Der Begriff Genexpression oder kurz Expression (engl. gene expression) bezeichnet in der Biologie das in Erscheinung treten der genetischen Information (Genotyp) im Phänotyp. Der Prozess vom Gen zum Genprodukt umfasst unter anderem die Transkription und die Translation.
Genexpression Ablauf
Die Genexpression ist ein Vorgang, der sich aus mehreren Teilschritten zusammensetzt. Dazu gehören die Transkription, die mRNA Prozessierung und der Transport, die Translation und die posttranslationale Modifikation. Aber wie läuft der Weg vom Gen zum Genprodukt eigentlich genau ab? Schauen wir uns den Prozess der eukaryotischen Genexpression einmal Schritt für Schritt an.
Transkription
Der erste Schritt ist die Transkription und findet im Zellkern statt. Dabei lesen Enzyme die DNA ab und erstellen eine Kopie in Form von RNA. Das dafür verantwortliche Enzym nennst du RNA-Polymerase . Wenn du diesen Schritt noch genauer verstehen möchtest, schau dir direkt das Video dazu an!
mRNA Prozessierung und Transport
Die bei der Transkription gebildete RNA bezeichnest du auch als prä-mRNA. Im zweiten Schritt schneiden Enzyme sie zurecht und modifizieren sie. Dadurch entsteht die reife mRNA. Danach kann der RNA-Strang aus dem Zellkern ins Cytoplasma transportiert werden.
Translation
Im letzten Schritt wird die mRNA sozusagen übersetzt, und zwar in eine Aminosäuresequenz (Protein). Das nennst du dann Translation . Dieser Vorgang findet an den Ribosomen statt. Hinterher können noch Veränderungen, quasi Verbesserungen, an den Proteinen stattfinden. Das nennst du posttranslationale Modifikation, also Modifikation nach der Translation. Den genauen Ablauf der Translation kannst du dir in diesem Video anschauen!
Genregulation
Die Genexpression ist ein komplizierter Prozess, der aus vielen Teilschritten besteht. Daher ist eine genaue Regulation sehr wichtig. Es geht dabei vor allem darum, zu regeln, welche Proteine dein Körper wo, wann und in welcher Menge bildet. Denn nicht jede Zelle exprimiert immer jedes Gen. Dazu gibt es auf jeder Ebene Faktoren, welche die Proteinherstellung beeinflussen können. Beispielsweise können Transkriptionsfaktoren , wie der Name schon sagt, die Transkription regulieren.
Für die Frage wann die Expression bestimmter Gene stattfindet, kannst du zwei Fälle unterscheiden. Gene, die immer benötigt und daher immer exprimiert werden. Dazu gehören zum Beispiel Gene für den Energiestoffwechsel (z.B. Glykolyse ). Du nennst sie konstitutive Gene. Der Begriff konstitutive Expression beschreibt den Zustand der durchgehenden Aktivität. Gene, die nach Bedarf an oder ausgeschaltet werden können, heißen fakultativ.
Wenn es darum geht, wo bestimmte Gene exprimiert werden, kannst du das am besten bei der Entwicklung von Zellen sehen. In unserem Körper haben wir verschiedene Zelltypen die spezielle Aufgaben übernehmen, beispielsweise Lungen- oder Herzzellen. Diesen Spezialisierungsschritt nennst du auch Differenzierung. Dazu stellt eine Zelle abhängig von ihrer Entwicklung nur bestimmte Proteine her. Dementsprechend bezeichnest du das auch als differentielle Genexpression.
Genexpression Eukaryoten und Prokaryoten
Die Genexpression in Eukaryoten und Prokaryoten verläuft nicht genau gleich. Es gibt drei große Unterschiede, die wir jetzt im Detail anschauen. Die Expression der Eukaryoten hast du bereits genauer kennengelernt. Sie läuft in zwei räumlich und zeitlich getrennten Schritten ab. Zunächst die Transkription im Zellkern, gefolgt von der Translation im Cytoplasma. Bei Prokaryoten dagegen gibt es nur einen Schritt, der im Cytoplasma stattfindet.
Außerdem wird bei Eukaryoten aus einer mRNA nur je ein Protein gebildet. Das nennst du monocistronische RNA. Bei Prokaryoten können dagegen gleichzeitig mehrere Proteine an einer mRNA gebildet werden. Das heißt dann polycistronische RNA. Als letztes unterscheidet sich auch die Genregulation. Denn diese ist bei Eukaryoten deutlich komplexer als bei Prokaryoten.
Möchtest du noch mehr über die Unterschiede zwischen Eukaryoten und Prokaryoten erfahren, nicht nur in Bezug zur Genexpression? Dann schau dir einfach unser Video an!
