Transkription

—> erster Schritt der Genexpression

—> von DNA zu RNA

—> Je nach transkribierten gen entstehen unterschiedliche Porodukte

rRNA

• strukturelle Komponente der Ribosomen

tRNA

• transportiert Aminosäuren bei der Translation

proteincodierendes Gen

• Diese mRNA wird in der Translation zu einem Protein übersetzt

SINGLE-SUBUNIT RNAPs

—> einfache RNA-Polymerasen, bestehend aus nur einer Untereinheit

• bspl.

  • Bakteriophagen T7

  • Mitochondrial RNAP

MULTISUBUNIT RNAPs

—> bestehen aus mehreren Untereinheiten und sind viel komplexer

—> kommen in allen zellularen Lebewesen vor

• Bakterien

  • 1 RNA Polymerase

• Archaeen

  • 1 RNA Polymerase

• Eukaryoten

  • Pol I (rRNA)

  • Pol II (mRNA, einige snRNAs (→ wichtig für Spleißen))

  • Pol III (tRNA, 5S rRNA, andere kleine RNAs)

  • Pol IV/V (nur in Pflanzen!!)

Prokaryoten:

• DNA liegt frei in Zytoplasma (da kein Zelkern)

• Transkription und Translation passieren gleichzeitig am gleichen Ort

• Während die mRNA noch synthetisiert wird, binden sich bereits Ribosomen und beginnen mit der Translation

Eukaryoten:

• es gibt Zelkern -> transkription findet im Zellkern statt

  —> raumliche Trennung

• es entsteht ein „primary transcript“ (prä-mRNA)

  • RNA muss stabilisiert sein, um Transportweg zu uberstehen

  • 5'-Cap

  • 3'-Poly-A-Schwanz

  • Spleißen (Entfernung von Introns)

• die fertige mRNA ins Cytoplasma exportiert

  • dort findet die Translation statt

1. Erkennung des Promoters

   • Die RNA-Polymerase erkennt den Startpunkt eines Gens mithilfe eines Sigma-Faktors σ⁷⁰

   • Startsignale:

     • -35 Region: Bindung RNA-Polymerase + Sigma

     • -10 Region: Aufschmelzen der DNA; Entstehung der Transkriptionsbase

     • +1: Startpunkt

1. Initiation

   • Die RNA-Polymerase beginnt mit der Synthese der RNA bei Position +1 (direkt nach dem Promotor)

   • Template Strand: 3’-5’ Richtung

   • Nukleotiden werden eingebaut

2. Übergang zur Elongation

   • Nach ca. 10 Nukleotiden wird der Sigma-Faktor abgespalten

   • RNA-Polymerase verlässt den Promotorbereich —> Elongation beginnt

1. Elongation

   • Die Polymerase bewegt sich entlang der DNA und verlängert die RNA in 5' → 3'-Richtung

   • hybrider RNA Strang ensteht im Inneren des Enzyms

   • Hinter der Polymerase schließt sich die DNA sofort wieder (DNA rewinding)

2. Termination

   • Faktor-unabhängig (intrinsisch)

     • Bildung eines Hairpin in der RNA

     • das destabilisiert den DNA-RNA-Hybrid → RNA löst sich ab

   • Rho-Faktor-abhängig

     • RNA-bindender Faktor (C-Reste mit Abstand 12 nt)

     • RNA-DNA Helikase

     • Es löst die RNA vom DNA-Strang.

3. Freisetzug der mRNA

   • fertige mRNA wird sofort von Ribosomen abgelesen → Translation beginnt direkt (Kopplung)

=> Sigma-Faktor (σ) ist ein Teil der bakteriellen RNA-Polymerase, der dafür sorgt, dass die Polymerase den richtigen Promotor erkennt.

= Vorgang, bei dem eine Zelle steuert, welche Gene zu welchem Zeitpunkt abgelesen (transkribiert) werden

In Prokaryoten (z. B. E. coli) geschieht das meist durch:

• Sigma-Faktoren

• Repressor- oder Aktivator-Proteine

• Umweltsignale (z. B. Nährstoffe)

Lac-Operon, besteht aus:

• Promotor

• Operator

• Gene (lacZ, lacY, lacA)

Wenn keine Lactose:

• Repressor blockiert den Anfang von Transkription

Lactose ist da:

• transkription kann statfinden

• Enzyme fur Lactose-Abbau werden gebildet

• IPTG (Isopropylthiogalactosid)

  • guter Induktor

  • sorgt für Lösen des Repressors an der DNA

  • strukturelle Veränderungen, die die Relation zwischen den DNA-bindenden Domänen

Viel Tryptophan:

=> Transkritption wird abgebrochen

Wenig Tryptophan:

=> trp-Gene werden transkribiert und exprimiert, um Tryptophan zu synthetisieren

• (TFIIA stabilisiert TBP auf Promotoren)

• TFIIB Promotor-Erkennung, Initiation

• TFIID core promoter Erkennung & Struktur

  • TBP TATA bindend und biegend

  • TAFs Promoter Spezifität

• TFIIE Initiation und Opening/Elongation

• TFIIF RNAPII bindend, Initiation

• TFIIH Promoteraufschmelzung, Freigabe

  • Helikasen DNA-Entwindung

  • Cdk7 Kinase phosphoryliert CTD von Pol II

1. Promotorerkennung durch TFIID

   • TBP bindet an die TATA-Box der DNA → das ist der Promotor

2. Rekrutierung von TFIIB

   • TFIIB erkennt den TBP-DNA-Komplex.

   • Es hilft, die RNA-Polymerase II (Pol II) an die richtige Stelle zu bringen.

3. Bindung von Pol II

   • Pol II A bindet zusammen mit TFIIB an die DNA

4. TFIIE & TFIIH komplementieren den Proteinkomplex

   • TFIIH ist ein Helikase/ATPase-Komplex → öffnet die DNA

5. Transkriptionsstart

   • RNA-Polymerase II verlässt den Promotor → geht in Elongationsmodus über

   • Die Elongation erfolgt entlang des Gens → RNA entsteht

6. Elongation & Prozessierung

7. Termination

   • Wenn das Gen zu Ende transkribiert ist, wird die RNA freigesetzt.

   • Pol II wird dephosphoryliert → wird zu Pol IIA zurückverwandelt.

   • Kann dann wiederverwendet werden.

—> Upstream Activating Sequence (UAS)

• Startpunkt

• Bindestelle fur Aktivator-Proteine

—> BRE

• Erkennung durch TFIIB → hilft bei Rekrutierung der RNA-Polymerase II

—> TATA-Box

• Bindungspartner TBD (TFIID)

• Startplazierung der RNA-Pol

—> INR

• Bindungspartner TFIID/Pol II

• Startpunkt der Transkription

—> Downstream promoter element (DPE)

• Bindungspartner TFIID

• Stabilisierung

1. Initiation

   
   

   1. Erkenung der Promoters

      • TBP (teil von TFIID) bindet am TATA-Box

   2. Korrekte positionierung von RNA-Polyerase II

      • mit hilfe von: Transkriptionsfaktoren (GTFs):

        • TFIIB, TFIIA, TFIIF, TFIIE, TFIIH

   3. Bildung von Präinitiationskomplexes (PIC)

      • Enthält: DNA + Pol II + GTFs

   4. Öffnung der DNA-Doppelhelix

      • durch TFIIH (Helikase-Aktivität)

   5. Phosphorylierung der CTD von Pol II

      • durch TFIIH (Kinase-Aktivität)

        → Startsignal für Transkription

2. Elongation

   1. RNA-Polymerase II liest den Template-Strang (3' → 5') ab

   2. Sie synthetisiert eine RNA-Kette (5' → 3')

   3. Die CTD (C-terminal domain) von Pol II ist phosphoryliert → dient als Andockstelle für Prozessierungsenzyme

3. 
   

4. Termination

   1. Die Poly-A-Signalsequenz (Terminator) wird erkannt.

   2. abgeschribene mRNA lost sich ab

   3. RNA-Polumerase II entfernt sich von DNA

Heterochrmoation

—> DNA dicht verpackt —> Transkription kann nicht stattfinden

Eurochromatin

—> DNA ist locker —> Transkription moglich

Modifikationen:

• Histon-Acetylierung → aktiviert Gene

• DNA-Methylierung → inaktiviert Gene