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Eine Einführung in die DNA-Transkription

Die DNA-Transkription ist ein Prozess, bei dem genetische Informationen von DNA  zu  RNA transkribiert werden  . Die transkribierte DNA-Nachricht oder das RNA-Transkript wird zur Herstellung von  Proteinen verwendet. DNA befindet sich im  Zellkern  unserer  Zellen. Es steuert die Zellaktivität, indem es für die Produktion von Proteinen kodiert. Die Informationen in der DNA werden nicht direkt in Proteine ​​umgewandelt, sondern müssen zuerst in RNA kopiert werden. Dies stellt sicher, dass die in der DNA enthaltenen Informationen nicht verunreinigt werden.

Key Takeaways: DNA-Transkription

  • Bei der DNA-Transkription wird DNA transkribiert, um RNA zu produzieren. Das RNA-Transkript wird dann zur Herstellung eines Proteins verwendet.
  • Die drei Hauptschritte der Transkription sind Initiierung, Verlängerung und Beendigung.
  • Zu Beginn bindet das Enzym RNA-Polymerase an der Promotorregion an DNA.
  • Bei der Verlängerung transkribiert die RNA-Polymerase DNA in RNA.
  • Bei der Terminierung setzt sich die RNA-Polymerase aus der DNA-endenden Transkription frei.
  • Reverse Transkriptionsprozesse verwenden das Enzym Reverse Transkriptase, um RNA in DNA umzuwandeln.

 

Wie die DNA-Transkription funktioniert

Diese Abbildung zeigt den Transkriptionsprozess von Desoxyribonukleinsäure (DNA, blau) zur Herstellung einer komplementären Kopie von Ribonukleinsäure (RNA, grün). Dies geschieht durch das Enzym RNA-Polymerase (lila).  Gunilla Elam / Wissenschaftliche Fotobibliothek / Getty Images Plus

DNA besteht aus vier  Nukleotidbasen  , die miteinander gepaart sind, um der DNA ihre Doppelhelixform zu verleihen   . Diese Basen sind:  Adenin (A)Guanin (G)Cytosin (C) und  Thymin (T) . Adeninpaare mit Thymin  (AT)  und Cytosinpaare mit Guanin  (CG) . Nukleotidbasensequenzen sind der  genetische Code  oder Anweisungen für die Proteinsynthese.

Der Prozess der DNA-Transkription besteht aus drei Hauptschritten:

  1. Initiierung: RNA-Polymerase Die Bindung an DNA-
    DNA  wird durch ein Enzym namens RNA-Polymerase transkribiert. Spezifische Nukleotidsequenzen sagen der RNA-Polymerase, wo sie beginnen und wo sie enden soll. Die RNA-Polymerase bindet an die DNA in einem bestimmten Bereich, der als Promotorregion bezeichnet wird. Die DNA in der Promotorregion enthält spezifische Sequenzen, die es der RNA-Polymerase ermöglichen, an die DNA zu binden.
  2. Verlängerung
    Bestimmte Enzyme, sogenannte Transkriptionsfaktoren, wickeln den DNA-Strang ab und ermöglichen es der RNA-Polymerase, nur einen einzelnen DNA-Strang in ein einzelsträngiges RNA-Polymer namens Messenger-RNA (mRNA) zu transkribieren. Der Strang, der als Matrize dient, wird als Antisense-Strang bezeichnet. Der Strang, der nicht transkribiert wird, wird als Sense-Strang bezeichnet. RNA  besteht
    wie DNA  aus Nukleotidbasen. RNA enthält jedoch die Nukleotide Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil (U). Wenn RNA-Polymerase die DNA transkribiert, paart sich Guanin mit Cytosin  (GC)  und Adenin mit Uracil  (AU) .
  3. Terminierung Die
    RNA-Polymerase bewegt sich entlang der DNA, bis sie eine Terminatorsequenz erreicht. Zu diesem Zeitpunkt setzt die RNA-Polymerase das mRNA-Polymer frei und löst sich von der DNA.

 

Transkription in prokaryotischen und eukaryotischen Zellen

Farbige transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme von Desoxyribonukleinsäure (DNA pink), Transkription gekoppelt mit Translation im Bakterium Escherichia coli.Dr. Elena Kiseleva / WISSENSCHAFTLICHE FOTOBIBLIOTHEK / Getty Images

 

Während die Transkription sowohl in  prokaryotischen als auch in eukaryotischen Zellen stattfindet. ist der Prozess in Eukaryoten komplexer. In Prokaryoten wie  Bakterien wird die DNA von einem RNA-Polymerasemolekül ohne die Unterstützung von Transkriptionsfaktoren transkribiert. In eukaryotischen Zellen werden Transkriptionsfaktoren benötigt, damit die Transkription stattfinden kann, und es gibt verschiedene Arten von RNA-Polymerasemolekülen, die die DNA abhängig von der Art der Gene transkribieren  . Gene, die für  Proteine ​​kodieren,  werden von der RNA-Polymerase II transkribiert, Gene, die für ribosomale RNAs kodieren, werden von der RNA-Polymerase I transkribiert, und Gene, die für Transfer-RNAs kodieren, we
rden von der RNA-Polymerase III transkribiert. Zusätzlich haben  Organellen  wie  Mitochondrien  und  Chloroplasten  ihre eigenen RNA-Polymerasen, die die DNA innerhalb dieser Zellstrukturen transkribieren.

 

Von der Transkription zur Übersetzung

Nummer 1: Synthese von mRNA aus DNA im Kern. 2 Das mRNA-decodierende Ribosom durch Bindung komplementärer tRNA-Anticodon-Sequenzen an mRNA-Codons. 3-5 Ribosomen synthetisieren Proteine ​​im Zytoplasma. ttsz / iStock / Getty Images Plus

 

Bei der Übersetzung wird die in mRNA codierte Nachricht in ein Protein umgewandelt. Da  Proteine  im  Zytoplasma  der Zelle aufgebaut sind, muss mRNA die Kernmembran passieren, um das Zytoplasma in eukaryotischen Zellen zu erreichen. Im Zytoplasma arbeiten  Ribosomen  und ein anderes RNA-Molekül namens  Transfer-RNA  zusammen, um mRNA in ein Protein zu übersetzen. Dieser Vorgang wird als  Übersetzung bezeichnet. Proteine ​​können in großen Mengen hergestellt werden, da eine einzelne DNA-Sequenz von vielen RNA-Polymerasemolekülen gleichzeitig transkribiert werden kann.

 

Reverse Transkription

DNA wird transkribiert und translatiert, um Proteine ​​zu produzieren. Reverse Transkription wandelt RNA in DNA um.ttsz / iStock / Getty Images Plus

 

Bei der reversen Transkription wird RNA als Matrize zur Herstellung von DNA verwendet. Das Enzym Reverse Transkriptase transkribiert RNA, um einen einzelnen Strang komplementärer DNA (cDNA) zu erzeugen. Das Enzym DNA-Polymerase wandelt die einzelsträngige cDNA wie bei der DNA-Replikation in ein doppelsträngiges Molekül um . Spezielle Viren, die als Retroviren bekannt sind, verwenden die reverse Transkription, um ihre viralen Genome zu replizieren. Wissenschaftler verwenden auch reverse Transkriptase-Prozesse, um Retroviren nachzuweisen.

Eukaryontische Zellen verwenden auch die reverse Transkription, um die Endabschnitte von Chromosomen, die als Telomere bekannt sind, zu verlängern. Das Enzym Telomerase Reverse Transkriptase ist für diesen Prozess verantwortlich. Die Ausdehnung von Telomeren erzeugt Zellen, die gegen Apoptose oder programmierten Zelltod resistent sind und krebsartig werden. Die molekularbiologische Technik, die als reverse Transkriptions-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR) bekannt ist, wird zur Amplifikation und Messung von RNA verwendet. Da die RT-PCR die Genexpression nachweist, kann sie auch zum Nachweis von Krebs und zur Unterstützung der Diagnose genetischer Krankheiten verwendet werden.

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