• Proteinbiosynthese
  • anonym
  • 03.12.2024
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Tran­skrip­ti­on

Die Tran­skrip­ti­on ist der erste Schritt der Pro­te­in­bio­syn­the­se und er­folgt im Zell­kern. Sie dient dazu, die ge­ne­ti­sche In­for­ma­ti­on eines Gens von der DNA in eine messenger-​RNA (mRNA) um­zu­schrei­ben, die spä­ter als Vor­la­ge für die Trans­la­ti­on dient. Der Pro­zess lässt sich in drei Pha­sen un­ter­tei­len: In­iti­a­ti­on, Elon­ga­ti­on und Ter­mi­na­ti­on.

Zu Be­ginn der Tran­skrip­ti­on, der In­iti­a­ti­on, bin­det das Enzym RNA-​Polymerase an eine spe­zi­el­le DNA-​Sequenz, den Pro­mo­tor, der den Start­punkt des Gens mar­kiert. Das ist eine Ba­sen­se­quenzt, in der Thy­min und Ade­nin be­son­ders häu­fig vor­kom­men, wie zum Bei­spiel TAT­AAA. Die RNA-​Polymerase er­kennt den Pro­mo­tor mit­hil­fe von Tran­skrip­ti­ons­fak­to­ren, die die Bin­dung des En­zyms er­leich­tern. Nach­dem die RNA-​Polymerase an den Pro­mo­tor ge­bun­den hat, ent­win­det sie die DNA-​Doppelhelix lokal, so­dass die bei­den Strän­ge ge­trennt wer­den. Der Strang, der als Vor­la­ge dient, wird als codo­ge­ner Strang be­zeich­net, wäh­rend der an­de­re der nicht-​codogene Strang ist. Der codo­ge­ne Strang läuft vom 3′ Ende zum 5′ Ende, und der nicht-​codogene Strang vom 5’Ende zum 3’Ende. Das 5′- und 3′ Ende gibt die Rich­tung der DNA an.







In der zwei­ten Phase, der Elon­ga­ti­on, be­ginnt die RNA-​Polymerase ent­lang des codo­ge­nen Strangs in 3'-zu-5'-​Richtung zu wan­dern. Wäh­rend­des­sen syn­the­ti­siert das Enzym einen kom­ple­men­tä­ren RNA-​Strang, die prä-​mRNA, in 5'-zu-3'-​Richtung. Die Basen der RNA ent­spre­chen dabei den kom­ple­men­tä­ren Basen der DNA: Ade­nin (A) der DNA paart mit Ura­cil (U) in der RNA, Thy­min (T) paart mit Ade­nin (A), und Gu­a­nin (G) paart mit Cy­to­sin (C). Wäh­rend der Syn­the­se la­gert die RNA-​Polymerase die pas­sen­den RNA-​Nukleotide an die wach­sen­de Kette an, indem sie en­er­ge­tisch güns­ti­ge Phos­phat­bin­dun­gen nutzt.

Die Tran­skrip­ti­on endet in der drit­ten Phase, der Ter­mi­na­ti­on, so­bald die RNA-​Polymerase eine spe­zi­fi­sche DNA-​Sequenz er­reicht, den Ter­mi­na­tor. Diese Se­quenz si­gna­li­siert, dass das Ende des Gens er­reicht ist. Die RNA-​Polymerase löst sich von der DNA, und die fer­ti­ge prä-​mRNA wird frei­ge­setzt. Im An­schluss an die Tran­skrip­ti­on wird die prä-​mRNA in einem Pro­zess na­mens RNA-​Prozessierung mo­di­fi­ziert. Dabei wer­den In­trons (nicht co­die­ren­de Se­quen­zen) ent­fernt und die Exons (co­die­ren­de Se­quen­zen) mit­ein­an­der ver­knüpft. Zudem er­hält die mRNA eine 5'-​Cap-​Struktur und einen Poly-​A-​Schwanz, die ihre Sta­bi­li­tät und Trans­port­fä­hig­keit er­hö­hen.



Die fer­ti­ge mRNA ver­lässt den Zell­kern durch Kern­po­ren und wird ins Zy­to­plas­ma trans­por­tiert, wo sie in den Ri­bo­so­men für die Syn­the­se von Pro­te­inen ver­wen­det wird. Die Tran­skrip­ti­on ist damit ein es­sen­zi­el­ler Schritt, der si­cher­stellt, dass die ge­ne­ti­sche In­for­ma­ti­on der DNA in Form von Pro­te­inen um­ge­setzt wer­den kann.

1
Be­schrei­be den Ab­lauf der Tran­skrip­ti­on in ei­ge­nen Wor­ten und er­läu­te­re die Funk­ti­on der RNA-​Polymerase. Fasse dabei genau zu­sam­men, pas­siert in den ein­zel­nen Pha­sen (In­iti­a­ti­on, Elon­ga­ti­on, Ter­mi­na­ti­on).
2
Er­stel­le an­hand der vor­ge­ge­be­nen DNA-​Sequenz 5' AATGCGTACGATCGTACGGAATTCGAAAGCTTAGC-​3' die kom­ple­men­tä­re mRNA-​Sequenz und er­läu­te­re die Ba­sen­paa­rungs­re­geln.
3
Er­klä­ren den Un­ter­schied zwi­schen In­trons und Exons und be­schrei­ben, wie sie wäh­rend der mRNA-​Prozessierung be­han­delt wer­den. Warum ist es wich­tig, dass In­trons aus der prä-​mRNA ent­fernt wer­den?

Das Ak­ti­ons­po­ten­ti­al

Das Ak­ti­ons­po­ten­zi­al ist ein elek­tri­sches Si­gnal, das in Ner­ven­zel­len (Neu­ro­nen) ent­steht und sich ent­lang der Ner­ven­fa­sern aus­brei­tet. Es er­mög­licht die Kom­mu­ni­ka­ti­on zwi­schen den Zel­len und ist wich­tig, damit wir zum Bei­spiel auf Reize re­agie­ren oder uns be­we­gen kön­nen.



Wie ent­steht ein Ak­ti­ons­po­ten­zi­al?

Im Ru­he­zu­stand ist das In­ne­re der Ner­ven­zel­le ne­ga­tiv ge­la­den, wäh­rend außen mehr Na­tri­um­io­nen (Na⁺) und innen mehr Ka­li­um­io­nen (K⁺) sind. Die­ser Un­ter­schied wird als Ru­he­mem­bran­po­ten­ti­al be­zeich­net.

Wenn ein Reiz auf die Zelle trifft und das Mem­bran­po­ten­ti­al einen be­stimm­ten Wert über­schrei­tet (Schwel­len­wert), öff­nen sich Na­tri­um­ka­nä­le, und Na­tri­um­io­nen strö­men in die Zelle. Da­durch wird das In­ne­re der Zelle po­si­tiv – es kommt zur De­po­la­ri­sa­ti­on. Die De­po­la­ri­sa­ti­on brei­tet sich ent­lang der Zelle aus und bil­det das Ak­ti­ons­po­ten­zi­al.

Nach der De­po­la­ri­sa­ti­on schlie­ßen sich die Na­tri­um­ka­nä­le, und Ka­li­um­ka­nä­le öff­nen sich. Ka­li­um­io­nen strö­men aus der Zelle, und das Mem­bran­po­ten­ti­al wird wie­der ne­ga­tiv, was als Re­po­la­ri­sa­ti­on be­zeich­net wird.

In der Phase der Nach­hy­per­po­la­ri­sa­ti­on wird die Zelle kurz­zei­tig noch ne­ga­ti­ver als im Ru­he­zu­stand. Da­nach stellt sich das nor­ma­le Ru­he­mem­bran­po­ten­ti­al wie­der ein.

Das Ak­ti­ons­po­ten­zi­al ist not­wen­dig, damit Ner­ven­zel­len In­for­ma­ti­o­nen wei­ter­lei­ten kön­nen. Ohne das Ak­ti­ons­po­ten­zi­al könn­ten keine Si­gna­le von einer Ner­ven­zel­le zur an­de­ren über­tra­gen wer­den, und der Kör­per könn­te nicht rich­tig re­agie­ren.



1
Er­klä­re den Ab­lauf des Ak­ti­ons­po­ten­ti­als in ei­ge­nen Wor­ten.
Be­schrei­be, wie das Ak­ti­ons­po­ten­zi­al ent­steht und wel­che Pha­sen es durch­läuft. Achte dar­auf, die Be­grif­fe Ru­he­mem­bran­po­ten­ti­al, De­po­la­ri­sa­ti­on, Re­po­la­ri­sa­ti­on und Nach­hy­per­po­la­ri­sa­ti­on zu ver­wen­den. Schrei­be min­des­tens 5 Sätze.
2
Be­schrif­te die Ab­bil­dung mit den Be­grif­fen Ru­he­mem­bran­po­ten­ti­al, De­po­la­ri­sa­ti­on, Re­po­la­ri­sa­ti­on, Schwel­len­wert und Hy­per­po­la­ri­sa­ti­on.
3
Er­klä­re, was in der Zelle pas­siert, wenn die De­po­la­ri­sa­ti­on ein­tritt. Wel­che Ionen strö­men in die Zelle, und wie ver­än­dert sich das Mem­bran­po­ten­ti­al dabei?
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