Transkription

• Vorgang, bei dem die genetische Information von DNA auf die RNA überschrieben wird.
• DNA-Einzelstrang als Matrize für die Synthese
• Komplementäre Basen: A->U, T->A, G->C, C->G

• RNA wird von den RNA-Polymerasen synthetisiert
• Prokaryoten-> eine RNA Polymerase 
• Eukaryoten-> 3 RNA Polymerase, je eine Für die Transkription der rRNA, mRNA und tRNA
• Aromat
•   I  II  III
• rRNA ->I
• mRNA->II
• tRNA->III 
• (cit. Dr. med. vet. prof. des Schiissdreck Iris Meyer)
• Reaktionsmechanismus ist bei allen Polymerasen identisch
• Polymerisieren Ribonukleotidphosphate zu einem RNA-Strang unter Abspaltung von Ppi
• Brauchen eine Matrize
• DNA-Matrizenstrang antiparallel kopiert
• Nächst gebunden Nucleotid an RNA Strang besitzt die komplementäre Base
• Unterschied DNA- zu RNA-Polymerase-> RNA-Polymerase braucht keinen Starterstrang (kein Primer nötig), trennen die Stränge lokal und synthetisieren RNA entsprechend der Basenpaarung mit dem template DNA Strang
• RNA-Molekül wächst in von 5'->3'

RNA-Polymerasen müssen wissen wo sie starten un aufhören 

• Promotor: Sequenz auf der DNA , markiert Initiation und Transkription
• Transkriptionsstartpunkt: Der Punkt, wo die erste Base zu RNA transkribiert wird
• Terminator: DNA-Sequenz, markiert Ende der Transkription
• Richtung der Transkription: Stromabwärts (downstream) von Transkriptionsstartpunkt ( das Nucleotid, an dem die RNA-Synthese beginnt)
• Transkriptionseinheit: die gesamte DNA-Sequenz, die in RNA umgeschrieben wird  (RNA-coding Region)

Initiation:  Reguliert den Beginn der RNA Synthese (bestimmt wo und wann es beginnt), RNA-Polymerase muss den richtigen Start finden

Elongation: Produktion der RNA (kann reguliert werden)

• Termination: Beendet die Transkription (z.B. am Ende vom Gen)

• Transkriptionsstartpunkt sowie Matrize-DNA-Strang von Promotor festgelegt, gibt vor in welcher Richtung transkribiert werden muss
• Prokaryoten: RNA-Polymerase erkennt und bindet selber am Promotor
• Eukaryoten: Transkriptionsfaktoren unterstützen die RNA Polymerase beim Binden, Initiieren und Transkribieren.
• TATA-Box-> Promotor-Abschnitt mit der DNA Sequenz, befindet sich ein Paar Nukleotide vor dem Transkriptionsstartpunkt
• Transkriptionsfaktoren (FII) binden zuerst, dann RNA-Polymerase
• Transkriptions-Initiationskomplex: Verbund der Transkriptionsfaktoren und RNA-Polymerase am Promotor

• RNA-Polymerase:
• ->läuft über die DNA hinweg, trennt die beiden Einzelstränge und legt ungefähr 10-20 Basen zur Paarung mit RNA-Nucleotiden frei.
• ->fügt an 3'-Ende des wachsenden RNA-Moleküls Nucleotide an
• Während die RNA-Synthese weitergeht, löst sich das RNA-Molekül von der DNA-Matrize ab
• Ein einzelnes Gen kann gleichzeitig von mehreren RNA-Polymerasen transkribiert werden-> die Zelle stellt eine bestimmte RNA in grossen mengen her.

• Ende der Transkription an eine Terminationsstelle auf der DNA
• Unterschiedliche Terminationsmechanismen:
• Prokaryoten -> hört direkt am Terminationssignal auf
• Eukaryoten -> läuft noch hunderte Nucleotide über das Stoppsignal weiter und trifft auf die Sequenz AAUAA (auf DNA TTATT). 10-35 Nucleotide dahinter wird die DNA abgetrennt.-> Die Schnittstelle auf der RNA ist zugleich die Stelle an der ein Poly(A)-Schwanz durch RNA-Prozessierung angehängt wird.

• Enzyme im eukaryotischen Zellkern modifizieren die Prä-mRNA (RNA-Prozessierung), bevor RNA ins Cytoplasma transportiert und translatiert wird
• Veränderung an den Ende der mRNA (5'Cap)

• 5'Cap:
• Besteht aus einem modifizierten Guanin-Nucleotid und wird während der Elongation an das 5'-Ende der synthetisierten RNA gebunden.
• Aufgaben:
•                  Schützt mRNA vor Abbau durch hydrolytische Enzyme
•                 Transport der mRNA aus dem Zellkern
•                 Signal zur Anheftung an das Ribosom

• Poly-A-Schwanz:
• 50-250 Adenin-Nucleotide am 3'-Ende der RNA 
• Alle eukaryotischen mRNA sind polyadenyliert 
• Aufgaben:
•                  Hemmt RNA-Abbau
•                  mRNA-Transport aus dem Zellkern 
•                  Wesentlich für die Translation, damit das Ribosom die RNA erkennt

-> Beide Veränderung der mRNA sind nötig, um vor dem Abbau von anderen Molekülen zu verhindern

• mRNA-Abbau:
• Spezifische Exonukleasen bauen die RNA ab. Regulation der Halbwertzeit der mRNA Moleküle ist ein wichtiger Bestandteil der Genregulation. Sie steuern mit ihrem Abbau die Halbwertszeit der RNA und die Zeit, in der die RNA aktiv sind.

• Schneiden und Verbinden von RNA-Molekülen. Introns werden aus der prä-mRNA-Molekül herausgeschnitten und die Exons zusammengefügt-> dadurch bilden die Exons eine durchgehende codierende Sequenz (mRNA)-> wichtigster Stadium der RNA-Prozessierung im Zellkern
• Erfolgt während der Elongation
• Spliceosome assembliert währen die pre-mRNA transkribiert wird
• Polymerasegeschwindigkeit beeinflusst den Spliceprozess
• Nur in Eukaryoten:
• Introns: Lange, nicht-codierende Sequenzen in der DNA (meist länger als Exons), entstanden durch Virale-DNA, regulatorische Funktionen, bei Prokaryoten abwesend.
• Exons: Codierende Sequenzen
• Nukleotidsequenzen GU am 5' und AG am 3'-Ende vom Intron bestimmen die Splice-Position (GT-AG-Regel), der Komplex erkennt die Sequenzen und können dadurch die Introns herausschneiden
• snRNP: Komplex im Zellkern besteht aus snRNA und Protein, die an die GT-AG binden und das Intron herausschneidet
• Spliceosom: mehrere snRNP mit weiteren Proteinen -> interagieren mit den Splice-Stellen (GT-A) durch Basenpaarung, schneidet die RNA, setzt Introns frei und verbindet die Exonen miteinander.
• Lariat: Ring aus herausgeschnittene Introns

• RNA Moleküle/ Primärtranskripten, die als  Enzyme funktionieren, sie brauchen fürs Splicing keine Spliceosomen
• Splicing kann ohne  Proteine oder RNA-Moleküle stattfinden
• Die Intron-RNA katalysiert ihr eigenes Splicing und schneidet sich selbst heraus
• Ribozyme sind auch Katalysatoren

• Introns ermöglichen es, von einem Gen mehr als ein Protein oder Transkript herzustellen.
• verschiedene mRNA-Moleküle von derselben prä-mRNA hergestellt
• Welche Exonen im finalen Transkripten werden zellspezifisch und genau gesteuert
• Isoforms= verschiedene Proteine, die aus demselben Gen entstehen
• Erklärt, wieso 23'000 Gene ausreichen, um die vorhergesagte Komplexität von ca. 100'000 Genen zu decken

• 5'CAP
• 3'-Poly-A-Tail
• Introns wurden durch Splicing entfernt
• mRNA wird aus dem Zellkern geschleust
• Proteine, die an das 5'CAP und Poly-A-Tail binden, verbinden die mRNA zu einem Kreis-> Regulieren die Translation und führt zu mehr Stabilität