Transkription (Biologie)
Transkription (v. lat. trans = jenseits, hinüber + scribere = schreiben) ist in der Biologie der erste Schritt der Proteinbiosynthese sowie die Synthese der tRNA und der rRNA.
Bei der Transkription wird ein Gen abgelesen und als mRNA Molekül vervielfältigt, d.h. ein spezifischer DNA Abschnitt dient als Vorlage zur Synthese eines neuen RNA Strangs. Bei diesem Vorgang werden die Nukleinbasen der DNA (A,T,C,G) in die Nukleinbasen der RNA (U,A,G,C) umgeschrieben. Der Vorgang der Transkription verläuft bei Eukaryoten und Prokaryoten grundsätzlich gleich. Bei Prokaryoten erfolgt die Transkription im Cytoplasma der Zelle, bei Eukaryoten im Zellkern. Bei Eukaryoten wird außerdem die prä-mRNA nach ihrer Synthese noch modifiziert (siehe:Splicing), bevor sie aus dem Zellkern in das Cytoplasma transportiert wird. Nach der Transkription erfolgt im Cytoplasma am Ribosom die Translation der mRNA in ein Protein.
Schritte der Transkription
- Synthese der mRNA:
Das Enzym RNA-Polymerase setzt sich an eine Promotor genannte DNA-Sequenz (hier genaue Schritte der Initiation). Dann trennt sie die DNA-Doppelhelix durch Lösen der Wasserstoffbrücken in einem kurzen Bereich in zwei DNA-Einzelstränge auf. Am codogenen Strang der DNA lagern sich durch Basenpaarung komplementäre Ribonukleotide an. Sie werden unter Eliminierung Pyrophosphat durch eine esterartige Bindung zwischen Phosphorsäure und Ribose miteinander verknüpft. Die Ableserichtung der DNA verläuft vom 3'-Ende zum 5'-Ende, die Synthese der komplementären RNA dem entsprechend 5´-3´. Die Öffnung der DNA-Doppelhelix erfolgt nur in einem kurzen Bereich, so dass der bereits synthetisierte Teil der mRNA aus dieser Öffnung heraushängt und zwar mit dem 5'-Ende der mRNA voran. Die RNA-Polymerase benötigt keinen Primer und erkennt daher Start -und Stoppsignale auf dem Matrizenstrang. Danach wird das mRNA-Transkript entlassen und die Polymerase löst sich von der DNA. - Weitere Verarbeitung der mRNA:
- Bei Prokaryoten gelangt die mRNA nach dem Kopiervorgang direkt zu den Ribosomen, häufig lagern sich auch bereits Ribosomen an die noch entstehende Kette an und beginnen die Translation, bevor die Transkription beendet ist.
- Bei Eukaryoten verlässt die Erbinformation selbst noch nicht den Zellkern. Die im ersten Teil der Transkription entstandene RNA wird als unreife RNA hn-RNA (heterogene nucleäre RNA) oder prä-mRNA bezeichnet. Sie wird durch Splicing, Capping und Anlagerung eines Poly-A-Schwanzes noch nachträglich modifiziert. Durch alternatives Splicing können aus demselben DNA-Abschnitt unterschiedliche mRNA-Moleküle entstehen. Die so genannte reife mRNA verlässt durch eine Kernpore den Zellkern und gelangt so ins Cytoplasma, wo sie mit den Ribosomen in Wechselwirkung treten kann.
Synthese der tRNA und der rRNA
Die Transfer-RNA (tRNA) und die ribosomale RNA (rRNA) werden nach dem gleichen Prinzip wie die mRNA an der DNA synthetisiert. Bei Prokaryoten ist dieselbe RNA-Polymerase als Katalysator tätig. Bei Eukaryoten erfolgt die Synthese der tRNA durch die RNA-Polymerase III, die Synthese der rRNA durch die RNA-Polymerase I, die Synthese der m-RNA durch die RNA-Polymerase II.
Beendigung der Transkription
Bei Hefezellen und bei menschlichen Zellen erkennt die Polymerase II das Enzym zur Transkription proteincodierter Basensequenzen, nicht aber das Ende eines Gens. Sie arbeitet darüber hinaus weiter. Auf der Polymerase II befinden sich jedoch Faktoren, die dieses Ende erkennen und die entstandene RNA an der richtigen Stelle abschneiden und den Poly-A-Schwanz anhängen. Das noch immer weiter wachsende, nutzlose RNA-Ende wird von einer Exonuclease (Rat1) abgebaut, und zwar schneller, als es von der Polymerase verlängert wird. Erreicht die Exonuklease die Transkriptionsstelle, löst sich die Polymerase von der DNA, die Transkription ist endgültig beendet.
Reverse Transkription
Sogenannte RNA-Viren haben ein Genom welches vollständig aus RNA besteht; zudem liegt die RNA nicht als mRNA vor. Diese Viren können daher den Replikationsapparat der Wirtszelle nur dann benutzen, wenn ihre Erbinformation zuvor in DNA umgewandelt wurde. Zu diesem Zweck dient das Enzym Reverse Transkriptase.
Die Aktivität der Revertase ist dabei so hoch, dass auch Virengene in den Wirtszellenkern eingebaut werden können, was später die Ursache für zahlreiche Krankheiten sein kann, wenn die Wirtszelle nicht zerstört wird.
Archaeelle Transkription
Die archaeelen Gene besitzen eine consensuenzsequenz was eine Aufeinenderfolgung ähnlicher Basenpaare ist und lautet TATAAAA. Kurz TATA-Box genannt bildet sie den Promotor des nicht-Matrizenstranges woran ein Transkriptionsfaktor (TFs) bindet was ein regulatorisches Protein ist. An diesem TFs bindet eine Polymerase die homolog zu dem Holo Enzym der bakteriellen Transkription ist und aus 12 Untereinheiten besteht. Sie lößt dort die Wasserstoffbrücken zwischen den Basenpaaren auf was die wichtigste Funktion dieser Polymerase ist. Weiterer Verlauf: Siehe oben, Schritte der Transkription.
Bakterielle Transkription
Im Gegensatz zu der Eukaryotischen Transkription besitzt die Bakterielle nur 2 Polymerasen. Einmal das Core Enzym was die Transkription katalysiert aber nicht zu initieren vermag. Zum zweiten das Holo Enzym was die Initiation durchführt und für die Einzelnen Prozesse von größter Beteutung ist. Sie bindet am Promotor das nicht-Matrizenstranges und lößt dort die Wasserstoffbrücken zwischen den Basenpaaren auf was die wichtigste Funktion dieser Polymerase ist. Weiterer Verlauf: Siehe oben, Schritte der Transkription.