Prokaryoten: Gene häufig in Operons organisiert

Eukaryoten: viele verschiedene Regulationsmöglichkeiten während Proteinbiosynthese

• Promotor: reguliert Start der Transkription durch Wechselwirkung mit DNA-Polymerase

• Operator: reguliert Transkription durch Bindung von Regulationsfaktoren (Repressor/ Aktivator)

• Strukturgene: Gene im Operon, die Proteine codieren

• Regulatorgene: Vom Operon entfernt liegende Gene, die Regulationsfaktoren codieren

Das Lactose Operon ist für den Abbau von Lactose verantwortlich. Die Strukturgene produzieren ein Enzym, das die Lactose abbaut. Anhängig von der Konzentration sind die Gene dafür entweder an- oder ausgeschaltet. Dabei treten folgende zwei Fälle ein:

Lac-Operon: Keine Lactose vorhanden

• Ist kein Substrat (Lactose) vorhanden, muss kein Enzym zur Spaltung hergestellt werden

• Regulatorgen produziert aktiven Repressor

  • bindet an Operator → Transkription wird blockiert

Lac-Operon: Lactose vorhanden

• Induktor (Lactose) bindet an allosterisches Zentrum des Repressors

  • veränderte Raumstruktur des Repressors → kann nicht mehr an Operator binden

• RNA-Polymerase lagert sich an Promotor und substratabbauende Enzyme werden produziert

Ist genügend Lacotse abgebaut, wird der Repressor wieder aktiv und hemmt die Transkription

Tryptophan-Operon

• Regulatorgen produziert inaktiven Repressor

• RNA-Polymerase bindet an Operator → benötigte Enzyme für Endprodukt (Tryptophan) werden hergestellt

Tryptophan-Konzentration steigt

• Tryptophan bindet an Repressor

  • veränderte Raumstruktur des Repressors → kann an Operator binden

• Weitere Transkription durch Polymerase wird unterbunden → kein Tryptophan wird mehr produziert

Je höher die Konzentration des Endproduktes ist, desto mehr inhibiert es seine eigene Synthese

Methylierung

• DNA-Methyltransferase überträgt Methylgruppen (-CH3) auf DNA-Basen Adenin und Cytosin → Methyladenin, Methylcytosin

  → RNA-Polymerase kann nicht binden und Transkription nicht stattfinden

• Reversibel durch Demethylase → Demethylierung

Histon-Modifikation

• Methylierung:

  • Bindet Methylgruppe an Histone, verdichtet sich DNA

    → Transkription nicht möglich

• Acetylierung:

  • Bindung einer Acetylgruppe “lockert” DNA

    → Transkription möglich

• Phsphorylierung:

  • Bindung einer Phosphatgruppe “lockert” DNA

    → Transkription möglich

Allgemeine Transkriptionsfaktoren

• Enhancer: vermehrte Transkription eines Gens

• Silencer: verminderte Transkription

Damit sie aktiv werden können, müssen spezifische Transkriptionsfaktoren an sie binden

Spezifische Transkriptionsfaktoren

• Aktivator (aktivierend): binden hauptsächlich an Enhancer

• Repressor (hemmend) binden hauptsächlich an Silencer

Ein Aktivator/ Repressor muss sowohl an einen Enhancer-/ Silencer-Abschnitt, als auch an RNA-Polymerase binden

• Transkriptionsfaktoren liegen einige tausend Basenpaare von Promotor entfernt

• Damit sie an RNA-Polymerase gelangen wird DNA durch Proteine gebogen

Alternatives Spleißen

• Nach Transkription wird prä-mRNA durch RNA-Prozessierung in reife RNA umgewandelt

• Durch alternatives Spleißen werden Exons eines Gens neu angeordnet bzw. entfernt → Proteinvielfalt

RNA-Interferenz (RNAi)

• Komponenten:

  • (meist) doppelsträngige RNA Moleküle (dsRNA)

    • miRNA (mikro RNA)

      • DNA-Abschnitt wird im Zellkern transkribiert

      • RNA-Einzelstrang faltet sich zu “Haarnadelstruktur” → Cytoplasma

    • siRNA (small interfering RNA)

      • gelangt meist von außen in Organismus (z.B. Infektion mit RNA-Virus)

  • Enzymkpmplex (RISC)

  • Ziel-mRNA deren Translation gestoppt werden soll

• allgemeiner Ablauf

  • Dicer (Nuklease) spaltet dsRNA zu kurzen si-/miRNA-Fragmenten (20-25 Basenpaare)

  • Einheit aus Dicer und si-/miRNA-Fragment wird durch TRBP (Protein) auf RISC übertragen

  • Ago II-Protein entspiralisiert und trennt Doppelstrang

  • Ein Strang (=Leitstrang), der komplementär zu Ziel-mRNA ist, bleibt im RISC-Komplex

    • Anderer Strang wird abgebaut

  • RISC-Komplex bindet über Leitstrang an Ziel-mRNA

    • Bei miRNA: RNA-Polymerase kann nicht an mRNA binden → keine Translation

    • Bei siRNA: Ago II-Protein spaltet mRNA in kleine Fragmente und baut sie ab → Keine Translation