Die Regulation der Gen Aktivität bei Eukaryoten

Epigenetische Modifikation bei der Methylgruppen (CH3 Gruppen) an Cytosin Basen in der DNA gebunden werden, um die Funktion von Transkriptions Faktoren zu beeinflussen.

Modifikation ist sehr häufig im Promotor Region zu finden.

Diese Methylgruppen ziehen weitere Proteine an die Methylierte DNA binden. Diese Proteine sind generell an der Repression Der Transkription beteiligt und unterdrücken diese also. durch diese vielen Proteine liegt dieser Abschnitt so verpackt vor, dass dieser inaktiv für die Transkription ist.

Methylgruppen können die Bindung von Transkriptions Faktoren an die DNA verhindern oder einschränken, was dazu führen kann, dass bestimmte Gene deaktiviert werden.

Methyltransferasen

Demethylasen

RNA Polymerase benötigt diese Transkriptions Faktoren, um an Promoter für Transkriptionen binden zu können

ohne allgemeine Transkriptions Faktoren , also auch keine Transkriptionen

bei diesem Prozess wird die Chromatinstktur verändert

• Histone sind Proteine die DNA umwickeln und zu Chromosomen formen

• Modifikationen wie Acetylierung, Phosphorylierung, und Methylierung beeinflussen die Packung der DNA und somit auch die Transkription.

• Durch diese Modifikationen können Gene aktiviert oder deaktiviert werden, indem die Zugänglichkeit der DNA für Transkriptions Faktoren verändert wird.

• Die DNA wird also entweder enger oder lockerer um die Histo verpackt und kann somit entweder besser abgelesen werden oder nicht mehr

Methylierung:

Erhöht Anziehungskräfte, Die Bindung der DNA an Histon wird enger und Polymerase kann nicht ablesen.

Phosphorylierung :

DNA gelockert und ablesen ermöglicht

Acetylierung:

Lockert Anziehungskräfte DNA und Histone Rücken auseinander. DNA kann abgelesen werden.

• Transkriptionsfaktoren = regulatorische Proteine

• dies sind Proteine, die an spezifische Sequenzen in der DNA binden und die Transkriptionen regulieren

• Eigentlich ist für den Start der Transkriptionen der Promotor wichtig An den die RNA Polymerase bindet Und die Transkriptionen in Gang setzt, aber die Polymerase kann nicht einfach an den Promotor binden. Dafür müssen die Transkriptionaktoren vorhanden sein.

• Diese Transkription Faktoren binden an die TATA Box (Nennt sich so wegen dem hohen Anteil an Adenenin und Thymin Basen)

  • als erstes bindet das regulatorische Protein TF- Transkriptions Faktor IID an die TATA Box Wodurch sich die Struktur des Proteins als auch der DNA verändert und das erlaubt wiederum die Bindung weiterer Transkriptionaktoren

  • Erst, wenn mehrere Proteine an diesem Komplex gebunden sind, Dann dockt die RNA Polymerase an und startet die Transkriptionen

• Sie steuern die Aktivität der Transkription Maschinerie, indem sie bestimmte Gene aktivieren oder deaktivieren

• Die Bindung kann durch Epigenetische Markierung wie methylierung oder Histon Modifikation beeinflusst werden

Zusätzlich zu dem Promotor gibt es weitere, kurze DNA Sequenzen an denen regulatorische Proteine binden können Und diese Proteine Interagieren mit der RNA Polymerase Und können die Transkription Rate entweder erhöhen oder hemmen Diese können in der Nähe des Promotors liegen oder auch sehr weit entfernt.

• zu unterscheiden sind positive Regulatoren (enhencer Sequenzen)

  • An diese enhencer Sequenzen binden Aktivatorproteine

  • Durch diese wird die Transkriptions Rate erhöht

• Und es gibt negative Regulatoren (Silencersequenz)

  • An diese Sequenzen binden Repressor Proteine

  • Unterdrücken die Transkriptions Rate

• Wenn diese Aktivator- oder Repressor-Proteine An diese Sequenzen binden können diese Interagieren mit der RNA Polymerase und verursachen dadurch eine Biegung der DNA so dass auch weit entfernte enhencer oder silencer Sequenzen mit dem Transkriptions Komplex in Kontakt treten können

Schutzmechanismus

Prokaryoten:

• DNA Methylierung als Schutzmechanismus zur Erkennung, Eigener und fremder DNA

• Methylfasern markieren fremd DNA (Methylierungsmuster)

• Enzyme erkennen dieses Muster und zerschneiden die Fremde DNA

Fehlerkorrektur

• In der DNA Replikation Fehler

• Bestimmte Enzyme fahren neue DNA entlang, um Fehler zu erkennen und zu beheben

• Methylierung um alte und neue Stränge zu unterscheiden. Alter Strang Methyliert

Markierung

• Methylierung kann wie ein Textmarker zeigen, welche Stellen der DNA sie nutzen kann und welche nicht

• Trägt zum an und abschalten bestimmter Gene bei Bedarf (Gen Regulation) bei.

• Proteine, die für die Unterdrückung der Transkription zuständig sind, haften an die Methylierten Stellen

• Nicht die Basensequenz, sondern die Verpackung der DNA wird verändert

• Methylgruppen werden an histone angebracht

• DNA ist dadurch enger und die Histone gewickelt und die RNA Polymerase blockiert

• Wird ebenfalls über Zellgeneration weitergegeben

• Reversibel

Allgemeine Transkriptionsfaktoren:

• greifen in der Initiationsphase der Transkription ein.

• in allen Zellen gleichmäßig vorhanden und wichtig, damit Transkription starten kann

• Es gibt zwar Promotoren die als Startregion fungieren, aber die RNA-Polymerase kann

nicht eigenständig an die Startregion binden.

=> Erst möglich, nachdem sich verschiedene Transkriptionsfaktoren dort angesammelt haben und der Polymerase helfen den Promotor zu finden.

Der allgemeine Transkriptionsfaktor TFIID bindet an die sogenannte TATA-Box.(Region auf dem Promotor mit viel Adenin und Thymin).

Diese Bindung sorgt für eine Änderung der Struktur des Proteins.

-> Es bilden sich neue „Andockstellen“ für weitere allgemeine Transkriptionsfaktoren

=> es ensteht ein Transkriptionskomplex (6). Erst dann kann die RNA Polymerase II mit den Transkriptionsfaktoren an den Promotor docken.

Spezifische Transkriptionsfaktoren

• tragen zur Spezialisierung eukaryotischer Zellen während ihrer Entwicklung bei, denn in allen Zellen sind alle Gene vorhanden, aber es wird dadurch beeinflusst welche Genprodukte wann und in welcher Menge hergestellt werden

• nur in bestimmten Zelltypen vorhanden, in denen sie ein spezielles Gen aktivieren oder unterdrücken sollen.

• Bsp.: binden an bestimmte DNA-Abschnitte und können durch eine Wechselwirkung mit der RNA-Polymerase die Geschwindigkeit der Transkription (Transkriptionsrate) regulieren

• für jedes Strukturgen gibt es zusätzliche Kontrollregionen -> Enhencer und Silencer -> Stellen fest, ob das Gen, öfter oder weniger abgelesen werden muss

• Wenn das der Fall ist, werden Aktivatoren oder Repressoren gebildet -> Spezielle Transkriptions Faktoren

  • manche Abschnitte sind positive Regulatoren (= Erhöhen die Geschwindigkeit) => Enhancer an die Aktivatorproteine binden können

  • andere sind negative Regulatoren (= verringern die Geschwindigkeit) => Silencer an die Repressorproteine „docken“ können

• Aktivatoren und Repressoren sitzen fest am Enhencer oder Silencer

• Sie müssen jedoch auch die Polymerase binden, die sich Noch am Promotor befindet -> Geschieht durch schleifen 🎀 blidung

  => weil Enhancer und Silencer weit entfernt von der zu übersetzenden Basensequenz liegen, bildet sich eine Art Schlaufe in der DNA, um eine Wechselwirkung mit dem RNA- Polymerase-Komplex zu ermöglichen.

• DNA wird so gebogen, dass spezielle Transkriptions Faktoren direkt an die RNA Polymerase binden können

• Durch die Erhöhung beziehungsweise Verlangsamung der Geschwindigkeit wird ein Gen öfter/weniger abgelesen => erhöht/verringert Zahl der Gen Produkte

Alternatives spleißen:

Dies ist ein Prozess, bei dem ein einziges mRNA-Molekül in mehrere unterschiedliche mRNA-Moleküle geteilt wird, was zu unterschiedlichen Proteinstrukturen und Funktionen führen kann.

Durch alternatives Spleißen können aus einem einzigen Gen verschiedene Varianten von Proteinen produziert werden, die je nach Bedarf aktiviert oder deaktiviert werden können.

• regulatorische Proteine kontrollieren dies

• Spezifische Kombination von Exons

Die DNA wurde nun in prä-mRNA transkribiert

• Diese besteht noch aus Exons und introns

• Durch die RNA Prozessierung werden die Intros heraus geschnitten

  • so dass die RNA, nur noch aus exons besteht also aus codierenden Bereichen

• Der vorgang Des alternativen Spleißens beschreibt Ziel gerichteten Vorgang, bei dem aus einem einzigen Gen, eine ganze Familie verschiedener Proteine entstehen kann

  • eben, weil auch die Exons herausgeschnitten werden

1. Proteinabbau durch Proteasom

   Proteasom Baut ab, wenn Proteingehalt In einer Zelle zu hoch ist

• Protein soll abgebaut werden

• Ubiquitin hat die Funktion, dass es mithilfe verschiedene Enzyme sich an das abzubauende Protein anlagern kann und fungiert wie ein Marker, der erkannt wird vom Proteasom

• Proteasom erkennt das Ubiquitin und lagert sich am Protein an

• Das Ubiquitin löst sich wieder

• Das Proteasom hydrosiert das Protein und führt zu dessen Abbau

1. Sobald die m-RNA ins Croplasma gelangt, unteriegt sie dem Abbau durch Ribonucleasen. Ihre Lebensdauer kann durch angelagerte Proteine verlängert werden. Je länger sie abgelesen werden kann, desto mehr Proteine entstehen.