Chrashkurs Genetik - Prozesse 2 - Transkription

Die Transkription.

Also, es geht jetzt um das Abschreiben der DNA zu funktioneller RNA. Und wir fangen jetzt bei der bakteriellen Transkription an.

Es gibt zwischen Bakterien und Eukaryoten kleine Unterschiede.

Auf Archäen gehe ich jetzt hier nicht ein.

Grundsätzlich unterteilen wir die Transkription wieder in drei Schritte, oder wir werden das auch bei der Translation in diese drei Schritte unterteilen, damit wir das Ganze ein bisschen besser ordnen können.

Die Initiation.

Das heißt, den Start.

Die Elongation, das Abschreiben an sich und die Termination.

Wie hört dieser Prozess an sich auf?

Die Initiation.

Das hier ist unser Protagonist der Initiation, das ist die RNA Polymerase.

Diese hat verschiedene Kofaktoren, die man alle mit griechischen Buchstaben bezeichnet.

Diese hier oben, Alpha, Omega, Beta-Strich und Beta, die sollen uns erst einmal nicht interessieren an dieser Stelle.

Was für uns wichtig ist, ist nur der Sigma-Faktor.

An dieser Stelle.

Die anderen Kofaktoren sind natürlich auch wichtig.

Aber jetzt für die grundsätzlich für das grundsätzliche Verständnis nicht.

Bei der Prä-Initiation bindet eben zuerst der Sigma-Faktor an die RNA Polymerase.

Das muss alles vorhanden sein, dass die RNA Polymerase dann zum Holoenzym wird.

Holoenzym heißt im Prinzip nichts anderes, als dass alle Kofaktoren vorhanden sind.

Und das ganze Ding eben funktional ist.

Hier haben wir einmal unten den Beginn eines Gens.

Aufgezeichnet.

Wir haben den Promotor.

Wer das Wort noch nicht gehört hat, sollte sich auf jeden Fall den Genbegriff allgemein noch mal angucken.

Der Promotor, der unterteilt sich in allgemeine und spezifische Elemente.

Auf spezifische Elemente gehen wir hier nicht ein.

Nur zur nur zur Notiz.

Es gibt spezifische Elemente.

Allgemeine Elemente.

Bei den Bakterien gibt es zum Beispiel dort diese Konsensussequenz bei -35.

Und die Pribnow-Box bei -10.

Dazwischen gibt's auch Spacer, diese werden auch erkannt.

Von von der Polymerase.

Konsensussequenz heißt prinzipiell nichts weiter.

Dass dieses ähnlich ist zwischen vielen verschiedenen Genen.

Zwischen vielen Bakterien.

Prinzipiell ist die Pribnow-Box auch eine Konsensussequenz.

Und diese werden eben von dem Sigma-Faktor an der RNA Polymerase erkannt.

Das läuft im Grunde her so, die RNA Polymerase wandert auf der DNA entlang.

Erkennt die -35 Konsensussequenz.

Sagt sich, oh, jetzt geht's gleich los.

Bereitet sich ein bisschen vor.

Wandert weiter zur zur Pribnow-Box.

Und dann sagt dann Sigma-Faktor und Polymerase, jetzt müssen wir gleich los.

Legen mit der Elongation.

Dann ist prinzipiell die Initiation schon fast zu Ende.

Man unterscheidet die Begriffe Upstream und Downstream.

Upstream ist alles, was vor dem Transkriptionsstart liegt.

Und Downstream ist alles, was hinter dem Transkriptionsstart liegt.

Und es gibt keine Null dabei.

Es gibt eben nur 1, 2, 3 und -1, 2, 3 und so weiter und so fort.

Die erste Amtshandlung der RNA Polymerase ist das Öffnen.

Des Doppelstranges.

Das heißt, die RNA Polymerase hat selber eine Helikasefunktion.

Welche, erinnern wir uns an die Replikation, bei der Replikation ein extra Enzym macht, nämlich die Helikase.

Die brauchen wir jetzt hier nicht.

Dann gibt es einen Begriff, den findet man inzwischen in neueren Lehrbüchern immer.

In älteren nicht.

Ich gehe nur ganz kurz drauf ein, das ist die Abortive Initiation.

Abortive heißt ja sowas wie Abtreibung.

Das ist im Prinzip prinzipiell funktioniert das so, anstatt jetzt auf der DNA lang zu laufen, zieht erstmal die RNA Polymerase.

Ein Stück der DNA zu sich heran.

Und fängt an zu transkribieren.

Und das funktioniert mehrere Male erst einmal nicht.

Da ist man sich noch nicht ganz einig und schlüssig.

Warum das Ganze passiert.

Das könnte ein Sicherungsmechanismus sein.

Auch auf diese Diskussion gehe ich jetzt hier nicht im Detail ein.

Das kann jeder dann gerne nachschlagen.

Jedenfalls, wenn das mehr als zehn, also wenn die RNA mehr als zehn Nukleotide.

Umfasst, dann beginnt die Elongation.

Das heißt, wir beenden dann die Initiation.

Der Sigma-Faktor, der bleibt, also der der bleibt nicht an der RNA Polymerase.

Wenn diese jetzt in die Elongation geht.

Ist vielleicht nicht ganz glücklich dargestellt hier.

Die ganzen Kofaktoren können, also nicht die ganzen, aber der Kofaktoren können theoretisch hier am Promotor verbleiben.

Und dann neue Polymerasen gleich rekrutieren.

Das heißt, dieser ganze Prozess, dieses Suchens muss nicht mehr stattfinden.

Allerdings ist es tatsächlich so, dass jetzt der Sigma-Faktor, dass die RNA Polymerase den Sigma-Faktor loslässt.

Jetzt gehen wir in die Elongation.

Erinnern wir uns an die Replikation.

Dort hatten wir auch.

Nukleotid Triphosphate.

Die die Energie geliefert haben, also diese energiereichen Esterbindungen liefern die Energie.

Für die Polymerisierung.

Das jetzt hier diese RNA entsteht.

Wir haben natürlich ein Uracil statt das Thymin.

Wie das eben in der RNA ist.

Wir haben aber jetzt hier keine dNTPs wie bei der Replikation, sondern NTPs.

Wichtig, das könnte leicht verwechselt werden.

D NTP steht hier, dNTP steht hier für Desoxy.

Des.

Nukleotid.

Desoxy, Entschuldigung, Desoxy Nukleotid Triphosphat.

Hier haben wir natürlich nicht Desoxy, weil wir haben 2-Strich C-Atom immer noch unsere Hydroxylgruppe haben.

Ein Gen kann gleichzeitig von mehreren Polymerasen abgelesen sein.

Das heißt, es muss nicht erst komplett fertig abgelesen sein.

Sondern es kann gleichzeitig starten.

Also nicht gleichzeitig, sondern nacheinander und gleichzeitig abgelesen werden.

Hier gibt es dann einige Begriffe noch.

Wie man dann die unterschiedlichen Stränge nennt.

Wichtig ist, es wird immer von 3-Strich zu 5-Strich abgelesen.

Und von 5-Strich zu 3-Strich synthetisiert.

Erinnern wir uns an den Aufbau der DNA.

Es kann nur an die Hydroxylgruppe des dritten C-Atoms.

Ähm, die Phosphat-Esterbindung angeknüpft werden.

Somit ist das 5-Strich Ende der RNA immer das älteste.

Es wird immer 5-Strich nach 3-Strich synthetisiert.

Und 3-Strich nach 5-Strich abgelesen.

Dieser Strang, von dem abgelesen wird, den nennt man eben auch den Matrizenstrang.

Das Template-Strang, den Codogenstrang und so weiter und so fort.

Kann jeder, denke ich, lesen.

Theoretisch könnte auch genau umgekehrt abgelesen werden.

Also, dass der untere Strang hier der Template-Strang ist, dann wird der ja läuft natürlich die Polymerase genau in die andere Richtung.

Kommen wir jetzt zum Ende.

Die Elongation ist jetzt fast abgeschlossen.

Jetzt kommen wir zur Termination.

Bei den Terminationsvarianten, die wir jetzt hier betrachten, haben wir zum Schluss immer ein AT-reiches Ende.

Was allein schon dadurch.

Logisch ist.

Wie man sich das merken kann.

Weil die A, weil die AT-reichen Regionen eine schwächere Bindung haben, als die GC-reichen.

Dadurch ist eine ein Auflösen leichter möglich.

Fangen wir an jetzt mit dem Rho, mit der Rho-abhängigen Termination.

Hier haben wir Rho ist eben auch wieder ein griechischer Buchstabe.

Das ist nur bei den Bakterien der Fall.

Die Rho-abhängige Termination.

Können wir uns wieder merken, griechischer Buchstabe, Bakterien.

Grundsätzlich ganz grob.

Wirklich ganz, ganz grob gesagt.

Der Rho-Faktor, das ist wieder.

Äh, ein ein Makromolekül, ein Protein.

Dieses bindet an eine bestimmte Sequenz auf der RNA.

Und wandert dann anhand der RNA hoch zur RNA Polymerase.

Und sorgt dann an dieser Stelle für ein Trennen der RNA Polymerase von dem Strang.

Und von dann die Polymerase wird dadurch auch getrennt von der RNA.

Den genauen Mechanismus kann man sich dann auch gerne noch einmal, da kann man sich gerne auch noch mal rein vertiefen.

Die Rho-unabhängige Termination nennt man auch intrinsische Termination.

Das heißt, die Information für die Termination liegt bereits auf dem Gen.

Und braucht keinen extra Faktor von außen.

Häufig ist es so, dass eine GC-reiche Region von einer AT-reichen Region.

Äh, dass eine AT-reiche Region einer GC-reichen Region folgt.

Diese dieses Abschreiben, also diese Sequenz kann hier so ein Hairpin-Loop.

Ausbilden.

Inverted Repeat, also auf dieser Struktur.

Haben wir das Ganze rückwärts im Negativ.

Das eben sich, dass das eben komplementär zueinander ist.

Und dieses, diese Kombination aus Hairpin-Loop und danach der AT-reichen Region sorgt eben für mechanischen Stress.

Der dann auch wieder für ein Ablösen dieses Komplexes sorgt.

Wirklich ganz, ganz vereinfacht und grob gesagt.

Hier noch mal dargestellt, ein Inverted Repeat oder eine inverse Wiederholung.

Prinzipiell kommt alles rückwärts, rückwärts in äh.

Im Negativ wieder vor.

Wir hatten jetzt eben gerade die bakterielle Transkription uns angesehen.

Und jetzt gehen wir den Prozess der Initiation, Elongation und Termination einmal noch ganz kurz durch.

Und gucken da auf Unterschiede zwischen Bakterien und zwischen Eukaryoten.

Bei der Initiation sind die beiden wichtigen Begriffe Promotor und Polymerase.

Da schauen wir uns einmal erstmal bei den Promotoren die Unterschiede zwischen Bakterien und Eukaryoten an.

Vergessen wir nicht, wir hatten allgemeine und spezielle Elemente.

Promotorelemente und wir gucken jetzt hier nur auf die allgemeinen Elemente.

Da hatten wir die -35 Konsensussequenz und die Pribnow-Box.

Äquivalent dazu haben die Eukaryoten eine -80 Box.

CCAT Box oder Cat Box.

Weiß nicht, ob das ein offizieller Name ist.

Und die TATA-Box, die TATA-Box entspricht der Pribnow-Box.

Bei Eukaryoten.

Bei der Polymerase haben die Bakterien nur eine Polymerase für alle RNA.

Und äh die Kofaktoren mit griechischen Buchstaben und eben unseren wichtigen Kofaktor, den Sigma-Faktor.

Welche dann die, welcher dann die Pribnow-Box erkennt.

Die Eukaryoten haben drei Polymerasen, Polymerase 1, 2 und 3.

Wovon nur die Polymerase 2 die mRNA herstellt.

Auf die und diese unterscheiden sich eben in ihrer Funktion.

Welche RNA sie herstellen.

Hier gehe ich jetzt aber nicht im Detail drauf ein.

Die ganzen Kofaktoren haben lateinische Buchstaben.

Hier einmal für die Polymerase 2 die Kofaktoren aufgeschrieben.

Also Transkriptionsfaktor 2 und dann eben lateinische Buchstaben.

Äquivalent zum Sigma-Faktor ist die TATA-Box, das TATA-Box Binding Protein.

Also TBP, TATA-Box Binding Protein und das erkennt die TATA-Box.

Sigma-Faktor erkennt Pribnow-Box.

Okay, hier hoffentlich jetzt die Unterschiede zwischen Bakterien und Eukaryoten einmal kurz dargestellt.

Nächste Elongation.

Der Elongation, ich habe jetzt da Sachen drunter gefasst, die kann man unter die Elongation fassen.

Muss man auch nicht.

Ich habe denke aber, dass diese Begriffe erst einmal wichtig sind.

Zum Beispiel der Begriff, dass Bakterien polycistronische RNA herstellen.

Das heißt so viel.

Hier man am Beispiel des Lac-Operons.

Dass sie, der Operator hier muss nicht interessieren, dass sie hinter dem Promotor mehrere Strukturgene haben.

Die dann für verschiedene Produkte, für verschiedene Enzyme kodieren.

Das heißt, ein Promotor, mehrere Strukturgene.

Polycistronisch, das heißt mehrere Strukturgene dahinter.

In der Literatur findet man häufig, dass das mRNA ist.

Ich selber würde das jetzt gar nicht so eng sehen in diesem Punkt.

Gut, erstmal polycistronisch hergestellt.

Eukaryoten im Gegensatz dazu stellen dann monocistronische RNA her.

Diese Eigenschaften sind, die ich jetzt hier beschreibe.

Sind nur typisch, es gibt Ausnahmen.

Auch bei den Introns, Bakterien haben keine Introns.

Das heißt, später beim Spleißen der posttranskriptionalen Modifikation.

Mache ich im nächsten Video.

Wird werden keine Introns ausgeschnitten.

Und Eukaryoten hingegen haben Introns und Exons.

Bei der Elongation oder auch schon der Initiation kann man auch schon das 5-Strich Capping hinzufügen.

Als Eigenschaft kommt auch noch bei der Posttranskriptionalen Modifikation.

Das heißt, das Fünfer Ende der RNA wird bekommt eine Modifikation.

Mit einem 7-Methylguanosin.

Wie gesagt, kommt im nächsten Video.

Termination.

Bei den Bakterien hatten wir jetzt zwei verschiedene Terminationsarten unterschieden.

Die intrinsische über die Hairpin-Loops.

Also die Haarnadelschleifen.

Und da hatten wir die wichtige Vokabel noch die Inverted Repeats.

Oder die inversen Wiederholungen.

Und wir hatten die Rho-abhängige Termination.

Die wir auch wieder nur bei Bakterien finden.

Bei Eukaryoten möchte ich gar nicht oder kann ich auch gar nicht so weit drauf eingehen.

Denn da gibt es noch nicht so viele allgemeine Eigenschaften, die bisher erforscht sind.

Also die es gibt intrinsische Termination.

Wie diese Haarnadelschleifen.

Allerdings es gibt auch irgendwelche Faktoren.

Ist noch nicht gut erforscht.

Können wir nicht verallgemeinern.

Und damit schließe ich an dieser Stelle die oder das Kapitel über die Transkription.