Promotor, Transkriptionsfaktoren und Transkriptionsabschnitt
Wie die RNA-Polymerase am Promotor bindet, wo die Transkription beginnt und endet und warum die eukaryotische RNA-Polymerase II dafür allgemeine Transkriptionsfaktoren braucht.
Das Wichtigste in Kürze
- Der Promotor ist eine DNA-Sequenz vor dem Gen, an deren spezifische Nucleotidsequenzen die RNA-Polymerase bindet. Ohne ihn findet keine Transkription statt.
- Der Promotor wird nicht transkribiert. Die RNA beginnt erst am Transkriptionsstartpunkt +1.
- Die Transkriptionseinheit reicht vom Startpunkt bis zum Terminationssignal. Bei Bakterien bildet der rho-unabhängige Terminator eine GC-reiche Haarnadelschleife mit folgender Uracil-Reihe.
- Die RNA-Polymerase löst sich vom Promotor, sobald sie in die Elongation übergeht.
- Eukaryotische RNA-Polymerase II bindet nur mithilfe mehrerer allgemeiner Transkriptionsfaktoren an den Promotor. TFIID mit TBP besetzt zuerst die TATA-Box, bei Bakterien erkennt dagegen der Sigma-Faktor den Promotor.
Worum es geht
Eine RNA-Polymerase schreibt nie wahllos DNA ab. Sie beginnt an einem definierten Startbereich und hört an einem Stoppsignal auf. Genau an diesem Start greifen auch Arzneistoffe an: Rifampicin hemmt die bakterielle RNA-Polymerase, das Knollenblätterpilzgift α-Amanitin die RNA-Polymerase II des Menschen.
Phasen der Transkription
Die Transkription verläuft in drei Phasen. In der Initiation erkennt die RNA-Polymerase den Startbereich eines Gens. Sie bindet dort und öffnet die Doppelhelix. In der Elongation wandert sie am Matrizenstrang entlang und verlängert die RNA in 5’→3’-Richtung. In der Termination erreicht sie ein Stoppsignal, entlässt die fertige RNA und löst sich von der DNA.
Der Bereich, den die Polymerase dabei tatsächlich abschreibt, hat einen eigenen Namen.
Die Transkriptionseinheit ist der DNA-Abschnitt vom Transkriptionsstartpunkt bis zum Terminationssignal. Nur er wird in RNA umgeschrieben.
Was davor liegt, steuert den Start. Was dahinter liegt, wird nicht mehr abgelesen.
Promotor und Terminationssignal
Der Promotor ist eine DNA-Sequenz vor dem Gen. Seinen genauen Aufbau behandelt die Einheit zu Promotoren. Hier zählt seine Funktion: Er enthält spezifische Nucleotidsequenzen, an die die DNA-abhängige RNA-Polymerase bevorzugt bindet. Bei Bakterien sind das die Regionen um −35 und −10, bei eukaryotischen proteincodierenden Genen vor allem die TATA-Box. Ohne Promotor gibt es keine Transkription, bei Bakterien ebenso wie bei der eukaryotischen mRNA-Synthese.
Man kann sich den Promotor wie eine Haltestelle vorstellen. Dort steigt die Polymerase ein, aber die Haltestelle selbst fährt nicht mit. Sobald die RNA einige Nucleotide lang ist, löst sich die Polymerase vom Promotor und geht in die Elongation über. Der Promotor ist damit frei für die nächste Polymerase.
Der Promotor ist ein Examensklassiker: Er ist eine DNA-Sequenz, an die die RNA-Polymerase bindet, und für die Transkription zwingend nötig. Achte darauf, dass er selbst nicht abgeschrieben wird, also weder Teil noch Anfangsstück der RNA ist.
Das erste Nucleotid, das tatsächlich in RNA übersetzt wird, ist der Transkriptionsstartpunkt. Er trägt die Position +1. Stromaufwärts liegende Basen zählt man negativ, stromabwärts positiv. Die eukaryotische mRNA-Synthese braucht also beides: einen Promotor zum Binden und einen definierten Startpunkt.
Es gibt keine Position 0: Auf −1 folgt direkt +1. Alles mit negativem Vorzeichen gehört zum Promotorbereich und taucht in der RNA nicht auf.
Am Ende der Transkriptionseinheit steht das Terminationssignal, auch Terminator genannt. Bei Bakterien ist der rho-unabhängige Terminator gut untersucht. Die neue RNA enthält dort eine GC-reiche Sequenz, die sich zu einer Haarnadelschleife faltet. Direkt dahinter folgt eine Reihe von Uracilen. Ihre Paarung mit den Adeninen der Matrize ist schwach. Die Schleife bremst die Polymerase, und die lockeren A-U-Paare lassen die RNA los.
Der Promotor gehört ausschließlich zur Transkription. Anders der Replikationsursprung: Er ist der Startpunkt der DNA-Verdopplung, an dem die Replikationsmaschinerie ansetzt.
Allgemeine Transkriptionsfaktoren
Die eukaryotische RNA-Polymerase II erkennt den Promotor nicht allein. Sie bindet erst mithilfe der allgemeinen Transkriptionsfaktoren. Das sind Proteine, die an Bindestellen im Promotor andocken und die Polymerase dorthin holen. Sie heißen „allgemein“, weil sie an fast jedem Pol-II-Promotor gebraucht werden. Dass Pol II diese Faktoren zum Binden an den Promotor braucht, wird im Examen gerne gefragt.
Mehrere Faktoren bauen dabei nacheinander den Präinitiationskomplex auf:
- Erkennen: TFIID bindet mit seiner Untereinheit TBP (TATA-Bindeprotein) an die TATA-Box und knickt die DNA.
- Stabilisieren: TFIIA und TFIIB lagern sich an.
- Rekrutieren: Pol II kommt zusammen mit TFIIF hinzu.
- Vervollständigen: TFIIE und TFIIH binden.
- Starten: TFIIH öffnet die DNA und phosphoryliert die C-terminale Domäne (CTD) der Pol II. Die Polymerase löst sich vom Promotor.
Bei Bakterien übernimmt eine einzige Untereinheit diese Aufgabe, der Sigma-Faktor. Der Vergleich zeigt den Unterschied:
Der Sigma-Faktor ist Teil des Holoenzyms. Er erkennt die −35- und −10-Region und wird nach dem Start abgegeben.
Mehrere allgemeine Transkriptionsfaktoren binden zuerst an den Promotor. Erst auf dieser Plattform dockt Pol II an.
Von den allgemeinen Faktoren unterscheidet man die spezifischen Transkriptionsfaktoren. Sie steuern, wie oft ein bestimmtes Gen abgelesen wird, und gehören zur Genregulation.
Quiz
Aussage 1
Die RNA-Polymerase schreibt nur den DNA-Abschnitt ab, der zwischen Promotor und Terminationssignal liegt.
Dieser Abschnitt, vom Startpunkt +1 bis zum Terminator, ist die Transkriptionseinheit.
Aussage 2
Die eukaryotische RNA-Polymerase II erkennt die TATA-Box ohne weitere Proteine und bindet direkt an den Promotor.
Pol II braucht allgemeine Transkriptionsfaktoren. Zuerst bindet TFIID mit TBP an die TATA-Box, erst danach wird Pol II rekrutiert.
Aussage 3
Der Promotor wird mit abgeschrieben und bildet das 5’-Ende der entstehenden RNA.
Der Promotor ist eine DNA-Sequenz, die nur der Bindung der Polymerase dient. Die RNA beginnt erst am Transkriptionsstartpunkt +1.
Aussage 4
Beim rho-unabhängigen Terminator faltet sich die RNA zu einer GC-reichen Haarnadelschleife, auf die eine Reihe von Uracilen folgt.
Die Schleife bremst die Polymerase, und die schwachen A-U-Paarungen lassen die RNA von der Matrize los.
Aussage 5
Während der gesamten Elongation bleibt die RNA-Polymerase fest am Promotor verankert.
Die Polymerase löst sich nach dem Start vom Promotor und wandert am Matrizenstrang entlang. Der Promotor wird so für die nächste Polymerase frei.
Aussage 6
Bei Bakterien übernimmt der Sigma-Faktor als Untereinheit des Holoenzyms die Erkennung des Promotors.
Der Sigma-Faktor erkennt die −35- und −10-Region. Bei Eukaryoten erfüllen mehrere allgemeine Transkriptionsfaktoren diese Aufgabe.
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.