Transkription und RNA Prozessierung

Transkription und RNA Prozessierung Übung

• Beschreibe den Ablauf der Transkription.

  Tipps

  Die Schritte der Transkription werden auch als Initiation, Elongation und Termination bezeichnet.

  Die Initiation beschreibt die Anlagerung der RNA-Polymerase an den Promotor.

  Während der Elongation wird der DNA-Strang weiter geöffnet und die RNA parallel synthetisiert.

  Während der Termination verlassen die RNA und die RNA-Polymerase den DNA-Strang.

  Lösung

  Die Transkription, also das Ablesen der DNA in RNA, kann in drei Teilschritte unterteilt werden.

  Während der Initiation bindet die RNA-Polymerase an die Promotoregion des Gens. Das Enzym kann nur an diese Regionen, die eine spezifische Sequenz besitzen, binden. So wird sichergestellt, dass nur Gene in RNA übersetzt werden. Hat die RNA-Polymerase gebunden, entwindet sie den DNA-Strang und spaltet die Wasserstoffbrücken, die den Doppelstrang zusammenhalten. Es entsteht eine Transkriptionsgabel.

  Während der Elongation wird der DNA-Strang weiter geöffnet und entwunden. Gleichzeitig wird der RNA-Strang von der Polymerase aus RNA-Nukleotiden synthetisiert.

  Die Termination beschreibt das Ablösen der RNA-Polymerase und des neuen RNA-Stranges von der DNA. Die Transkriptionsgabel schließt sich wieder. Ähnlich wie bei der Initiation wird auch die Termination von einer bestimmten Sequenz in der DNA ausgelöst.

• Gib die Schritte der mRNA-Prozessierung wieder.

  Tipps

  Manchmal weist der Name des Prozessierungsschrittes auf den Vorgang hin.

  Das Spleißen findet nur bei Eukaryonten statt, da prokaryotische Gene keine Introns besitzen.

  Lösung

  Die verschiedenen Prozessierungsschritte der mRNA ermöglichen, dass die Informationen der mRNA im nächsten Schritt der Proteinbiosynthese, der Translation, effizient verwendet werden können.

  Das Capping der mRNA am 5'-Ende lagert eine Erkennungsstruktur an das Molekül an. So können andere Strukturen der Zelle das Molekül erkennen und an den richtigen Ort transportieren. Außerdem wird es so nicht abgebaut.

  Die Polyadenylierung, also die Anlagerung eines PolyA-Schwanzes an das 3'-Ende der mRNA, dient der Steuerung des Abbaus der mRNA. Ist der Schwanz vorhanden, wird die mRNA von den Abbauenzymen der Zelle nicht erkannt. Allerdings verkürzt er sich mit der Zeit. Wenn er vollständig verschwunden ist, wird die mRNA vollständig abgebaut. Aber keine Sorge, ihre Einzelteile werden in der nächsten mRNA wiederverwendet.

  Beim Editing werden kleine Teile der mRNA-Sequenz verändert. Dieser Vorgang erhöht die Variabilität der Proteine. Die Funktionalität mancher Proteine wird erst durch diese Veränderung des Transkripts ermöglicht. Bei wieder anderen entstehen hierdurch leicht unterschiedliche Proteine, die auch leicht unterschiedliche Aufgaben übernehmen.

  Das Spleißen beschreibt das Herausschneiden der nicht-codierenden Introns aus der mRNA-Sequenz. Solche Introns befinden sich nur in eukaryotischen Genen.

• Erkläre die verschiedenen Funktionen der RNA in der Proteinbiosynthese.

  Tipps

  tRNA steht für Transfer-RNA. Sie übermittelt Informationen zwischen zwei verschiedenen Molekülen.

  Beim Spleißen der RNA werden die Introns des Gens entfernt.

  Lösung

  • prä-mRNA entsteht direkt durch die Transkription, also das Ablesen der DNA aus dem Zellkern.

  • Als mRNA wird die prozessierte prä-mRNA bezeichnet. Sie enthält keine Introns mehr, besitzt eine 5'-Kappe, ist am 3'-Ende polyadenyliert und wurde editiert.

  • Die tRNA ist ein speziell geformtes RNA-Molekül. Sie besitzt ein Anticodon, mit dem sie während der Translation an ein passendes mRNA-Codon andocken kann. Außerdem ist eine Aminosäure an die tRNA gebunden. Dockt das Anticodon während der Translation an, wird die Aminosäure weitergereicht. Auf diese Weise entstehen aus den genetischen Informationen Proteine.

  • Aus der rRNA, auch ribosomale RNA genannt, bestehen die Untereinheiten der Ribosomen. In den Ribosomen findet die Translation statt.

• Untersuche die Unterschiede zwischen RNA und DNA.

  Tipps

  Das Genom, also die Gesamtheit der Erbinformationen eines Organismus, ist in der DNA gespeichert.

  Eukaryoten besitzen einen Zellkern.

  DNA kann die Zellkernporen nicht passieren.

  Lösung

  Die DNA und die RNA sind aus Nukleotiden aufgebaut. Diese Nukleotide bilden Ketten, die auch Stränge genannt werden. Die DNA besteht im Gegensatz zur RNA aus zwei dieser Stränge, die sich umeinander winden, sie ist also doppelsträngig.

  Doch auch die Bausteine der beiden Nukleinsäuren unterscheiden sich. Während der Zuckerrest der DNA die Desoxyribose ist, befindet sich an den gleichen Stellen der RNA die Ribose. Neben dem Zucker enthält ein Nukleotid noch einen Phosphatrest und eine der vier Basen. Dabei enthält die RNA statt der Base Thymin in der DNA Uracil.

  Die DNA liegt im Zellkern vor, sie kann ihn nicht verlassen. Sie speichert unsere gesamte Erbinformation und ist dementsprechend sehr lang. Die RNA dient dagegen als Mittel der Übersetzung und transportiert die Informationen aus dem Zellkern zum Beispiel zu den Ribosomen. Dabei werden immer nur Abschnitte des Erbguts, die Gene, abgelesen. Sie ist also kürzer als die DNA.

• Beschreibe das Spleißen der mRNA.

  Tipps

  Die Gene der Eukaryoten bestehen aus Introns und Exons.

  Nur die Exons codieren für Proteine.

  Die RNA nach der Transkription und vor dem Spleißen wird prä-mRNA genannt.

  Lösung

  Bei der Transkription wird das gesamte Gen abgelesen und in RNA übersetzt. Die enstehende RNA wird auch prä-mRNA genannt, denn sie enthält noch nicht-codierende Bereiche, die Introns. Während des Spleißen werden diese Regionen aus der RNA entfernt. Die entstehende mRNA enthält nur noch die Protein-codierenden Regionen, die Exons.

• Übersetze den genetischen Code.

  Tipps

  Die prä-mRNA enthält noch Introns, diese werden aber während des Spleißens entfernt.

  Die Codesonne wird immer aus der Mitte heraus gelesen, hier einmal für das Basentriplett GUG, welches die Base Val, also Valin ergibt.

  Denk dran, beim Ablesen der DNA während der Transkription entstehen als RNA immer die komplementären Basen. Für A zum Beispiel wird also U in die RNA eingebaut.

  Lösung

  Im ersten Schritt der Proteinbiosynthese, der Transkription, entsteht aus der DNA die prä-mRNA. Ihre Sequenz besteht aus den komplementären Basen der DNA-Sequenz und statt der Base Thymin wird in die RNA Uracil eingebaut.

  Im nächsten Schritt, der Prozessierung, wird durch Spleißen das Intron in der Mitte der Sequenz entfernt.

  In der Zelle würde die nun entstandene mRNA zunächst aus dem Zellkern zu den Ribosomen transportiert werden. Dort wird sie in eine Aminosäuresequenz übersetzt. In dieser Aufgabe hast du diesen Job mithilfe der Codesonne übernommen. In der Zelle ist dafür die tRNA an den Ribosomen zuständig. Die tRNA besitzt ein Anticodon, welches auf ihr komplementäres Basentriplett passt. Außerdem ist an der tRNA die zum Triplett passende Aminosäure gebunden.