Biologie · Molekulare Genetik

Informationsfluss Gen zu Protein

Der Weg vom Gen zum Protein: zentrales Dogma, die drei Phasen der Transkription, codierender Strang und Matrizenstrang an einem Beispiel sowie der Vergleich zwischen Bakterien und Eukaryoten.

Erklärtext

Polarstern

Ein Gen wird zuerst im Zellkern in RNA abgeschrieben (Transkription) und dann am Ribosom in ein Protein übersetzt (Translation).

Der Weg im Überblick

Für ein typisches proteincodierendes eukaryotisches Kerngen gilt: Die Information fließt von der DNA über die RNA zum Protein. Pol II schreibt mRNA, Pol I und III vor allem rRNA und tRNA. Ausnahmen sind etwa Retroviren, die mit der reversen Transkriptase RNA in DNA umschreiben.

Schrittfolge

Vom Gen zum Polypeptid: Molekül, Ort und Aufgabe

Symbole

Deine AufgabeVerfolge DNA, Prä-mRNA, reife mRNA und Polypeptid durch die gemeinsame Übersicht. Nenne jeweils den Ort, die beteiligte Maschine und die Veränderung; unterscheide Informationsübertragung von einem Ortswechsel.

Schritt 1 von 5

Transkription im Zellkern

Die RNA-Polymerase liest den Matrizenstrang; eine Prä-mRNA entsteht.

Die RNA-Polymerase öffnet die DNA, liest den Matrizenstrang 3′→5′ und baut RNA 5′→3′ (Uracil statt Thymin).
Die Prä-mRNA enthält noch Exons (rot) und Introns (grau); das 5′-Cap kommt schon früh dazu.

Typisches proteincodierendes Kerngen. Im Zellkern entstehen Prä-mRNA und reife mRNA; die mRNA wird mit dem Cap voran durch eine Kernpore exportiert. Im Zytoplasma bringen tRNAs die Aminosäuren zum Ribosom. Verarbeitung beginnt oft schon während der Transkription. Formen und Längen vereinfacht.

Übungsfragen

Schritt	Ort	Maschine und Ergebnis
Transkription	Zellkern	RNA-Polymerase II, Prä-mRNA
Prozessierung	Zellkern	Cap, Spleißen, Poly-A: reife mRNA
Translation	Zytoplasma	Ribosom und tRNA: Polypeptid

Transkription in drei Phasen

InitiationBinden. Transkriptionsfaktoren erkennen den Promotor (bei vielen Genen die TATA-Box) und holen die RNA-Polymerase II heran. Der Promotor legt fest, welcher Strang die Matrize ist. Einen Primer braucht sie nicht.
ElongationAbschreiben. Sie liest die Matrize in 3'→5'-Richtung und baut die RNA in 5'→3'-Richtung auf, komplementär und mit Uracil statt Thymin.
TerminationBeenden. Bei Bakterien stoppt eine Terminator-Sequenz auf der DNA die Polymerase, etwa über eine Haarnadel der entstehenden RNA oder den Faktor Rho. Bei Eukaryoten ist das Ende an die 3'-Prozessierung gekoppelt.

Welcher Strang ist was?

Der Matrizenstrang (codogener Strang) wird abgelesen. Die mRNA ist zu ihm komplementär und hat dieselbe Sequenz wie der codierende Strang, nur mit U statt T.

Molekül	Sequenz
codierender Strang	5'-ATG GAA CCT TGA-3'
Matrizenstrang	3'-TAC CTT GGA ACT-5'
mRNA	5'-AUG GAA CCU UGA-3'
Peptid	Met, Glu, Pro, Stopp

Ist der codierende Strang gegeben, ersetzt du nur T durch U. Ist die Matrize gegeben, gehst du so vor:

Ergänzen. Jede Base bekommt ihr Gegenstück (A zu U, T zu A, G zu C, C zu G).
Richtung prüfen. Steht die Matrize 3'→5', liest du die Ergänzung direkt als 5'→3'. Steht sie 5'→3', drehst du die Ergänzung um.
Beispiel. Matrize 3'-TAC GGT AAA-5' ergibt 5'-AUG CCA UUU-3'.

MedAT-Fallen

Die mRNA ist komplementär zur Matrize, nicht zum codierenden Strang.
Ein Stopp-Codon beendet die Translation, nicht die Transkription.
Die RNA-Polymerase braucht keinen Primer, die DNA-Polymerase schon.

Danach: Prozessierung und Translation

Die Prä-mRNA wird im Kern oft schon während der Transkription fertiggemacht:

Das 5'-Cap schützt vor Abbau und hilft beim Start der Translation.
Der Poly-A-Schwanz am 3'-Ende stabilisiert die mRNA. Ein Enzym hängt ihn an, die DNA codiert ihn nicht.
Das Spleißosom schneidet die Introns heraus. Alternatives Spleißen macht aus einem Gen mehrere mRNAs.

→ Ausführlich in: RNA und Splicing

Das Ribosom liest die reife mRNA in 5'→3'-Richtung, tRNAs liefern die Aminosäuren, und es entsteht ein Polypeptid, das sich noch faltet und reift. → Ausführlich in: Proteinsynthese und Genetischer Code

Bakterien und Eukaryoten

Merkmal	Bakterien	Eukaryoten
Ort	Zytoplasma	Zellkern
Translation	beginnt schon während der Transkription	erst nach dem Export

Cookie-Hinweis