Regulation der Genexpression bei Transkription und Translation
Wie Zellen über Transkription, mRNA-Export und Translation festlegen, welche Proteine in welcher Menge entstehen.
Das Wichtigste in Kürze
- Genexpression ist der Weg vom Gen zum Genprodukt. Sie wird bei Transkription, Prozessierung, mRNA-Export und Translation reguliert.
- Differenzielle Genaktivität: Je nach Entwicklungsstadium und Organ wird nur ein Teil des Genoms transkribiert, das ermöglicht die Zelldifferenzierung.
- Enhancer verstärken, Silencer hemmen die Transkription. Bei Eukaryonten wirken sie auch aus großer Entfernung über gebundene Proteine und DNA-Schleifen.
- Kerncodierte mRNA wird erst nach dem Export ins Cytoplasma translatiert.
- Niedrige Konzentrationen von Initiations- oder Elongationsfaktoren hemmen die Proteinbiosynthese. Die Polysomengröße beeinflusst die gebildete Proteinmenge.
Worum es geht
Alle Körperzellen tragen dasselbe Genom, bilden aber jeweils nur einen Teil der möglichen Proteine. Die Zelle steuert das an mehreren Stellen zwischen Gen und Protein. Auch viele Arzneistoffe greifen hier an, etwa Glucocorticoide, die die Transkription bestimmter Gene verändern.
Ebenen der Genregulation
Genexpression ist der Weg von der Information eines Gens zum fertigen Genprodukt, meist einem Protein. Die Zelle reguliert ihn an mehreren Stationen: bei der Transkription, bei der Prozessierung der prä-mRNA, beim Export aus dem Kern und bei der Translation.
Bei Eukaryonten sind Transkription und Translation räumlich getrennt. Die mRNA entsteht im Zellkern, die Ribosomen arbeiten im Cytoplasma. Dazwischen liegt die Kernhülle mit ihren Kernporen.
Differenzielle Genaktivität
Differenzielle Genaktivität heißt: Je nach Entwicklungsstadium und Organ wird nur ein Teil des Genoms transkribiert. Eine Leberzelle liest andere Gene ab als eine Nervenzelle. So entstehen aus identischer Erbinformation unterschiedlich differenzierte Zellen. Langfristige Abschaltung über DNA-Methylierung gehört zur Epigenetik.
Enhancer und Silencer
Der Promotor legt fest, wo die Transkription startet. Wie oft ein Gen abgelesen wird, steuern zusätzliche regulatorische DNA-Sequenzen. Enhancer verstärken die Transkription, Silencer hemmen sie. Beide gehören zur Transkriptionsregulation, nicht zur DNA-Replikation.
Bei Eukaryonten liegen solche Sequenzen oft weit vom Promotor entfernt. Sie wirken über gebundene Proteine. Ein Aktivator am Enhancer erreicht den Transkriptionsapparat, weil sich die DNA zu einer Schleife faltet, so wie man zwei ferne Stellen eines Seils zusammenführt. Ein Repressor am Silencer bremst auf ähnliche Weise.
mRNA-Export
Kerncodierte mRNA muss erst durch die Kernporen ins Cytoplasma exportiert werden. Nur dort trifft sie auf Ribosomen und kann translatiert werden. Der Export ist deshalb eine eigene Kontrollstelle. Bleibt eine mRNA im Kern, entsteht kein Protein, obwohl das Gen transkribiert wurde. Anders verhält sich mitochondriale mRNA, denn sie wird direkt im Mitochondrium translatiert.
Kontrolle der Translation
Auch an den Ribosomen lässt sich die Proteinmenge steuern. Initiations- und Elongationsfaktoren sind dabei limitierend. Liegen sie nur in niedriger Konzentration vor, verlangsamt sich die Proteinbiosynthese oder kommt ganz zum Erliegen.
Meist lesen mehrere Ribosomen dieselbe mRNA gleichzeitig. Dieses Polysom bestimmt mit, wie viel Protein entsteht: Je mehr Ribosomen an einer mRNA sitzen, desto mehr Proteinmoleküle pro Zeit. Wie Mikro-RNAs die Translation gezielt drosseln, zeigt die RNA-Interferenz.
Quiz
Aussage 1
Eine kerncodierte mRNA kann schon im Zellkern translatiert werden, sobald sie fertig prozessiert ist.
Translatiert wird erst nach dem Export durch die Kernporen ins Cytoplasma, wo die Ribosomen sitzen.
Aussage 2
Bei Eukaryonten beeinflusst ein Enhancer die Transkription nur, wenn er unmittelbar neben dem Promotor liegt.
Enhancer können weit vom Promotor entfernt liegen. Sie wirken über gebundene Proteine, die durch eine DNA-Schleife den Transkriptionsapparat erreichen.
Aussage 3
Sitzen mehr Ribosomen gleichzeitig an einer mRNA, entsteht pro Zeit mehr Protein.
Die Größe des Polysoms beeinflusst die gebildete Proteinmenge.
Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️
Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.