Wie läuft die Transkription der Proteinbiosynthese ab?

Wie du vielleicht weißt, sind alle Informationen über deinen Körper und dessen Merkmale auf der DNA  gespeichert. Sie liegen dort auf den Genen in Form eines Triplettcodes  vor (drei Basen stehen/codieren für eine Aminosäure).
Wichtig ist hierbei zu beachten, dass ein Gen nicht direkt die Informationen für ein Merkmal (z.B. blaue Augen), sondern für ein Protein enthält. Dieses Protein bildet dann mit anderen Stoffen, über weitere Reaktionen, erst das entsprechende Merkmal aus. Proteine sind also so etwas wie Werkzeuge, ohne die dein Körper nicht entstehen oder überleben könnte.

Doch wie gelingt es nun, den Code zu entschlüsseln und nach dessen Vorlage ein Protein herzustellen (synthetisieren)?

Den Prozess vom genetischen Code zum fertigen Protein nennt man „ Proteinbiosynthese“.
Die Proteinbiosynthese lässt sich bei Prokaryoten (Lebewesen ohne Zellkern) in zwei, bei Eukaryoten (Lebewesen mit Zellkern) in drei Phasen unterteilen:

Prokaryoten                          Eukaryoten        

1.Transkription                    1. Transkription
2.Translation                        2. mRNA- Reifung
                                                 3. Translation

Bei den  Eukaryoten (Tiere, Menschen, Pflanzen) finden die ersten beiden Phasen im Zellkern, die dritte Phase im Cytosplasma an den Ribosomen statt. Im Zellkern ist die DNA nämlich vor enzymatischem Abbau geschützt. Die Ribosome befinden sich jedoch nur außerhalb des Zellkerns, sodass die Translation auch nur außerhalb des Zellkerns stattfinden kann. Die einzelnen Phasen müssen daher nacheinander ablaufen.

Die Prokaryoten (Bakterien) haben keinen Zellkern, ihre ringförmige DNA schwimmt im Cytoplasma. Die beiden Phasen finden also bei Bakterien im Cytoplasma statt und können deshalb zeitgleich ablaufen.

 

Wir beschäftigen uns nun nur mit der Transkription:

Bei der Transkription (lat. transcribere – "überschreiben") wird der Code des relevanten Gens auf ein RNA – Molekül, die sogenannte Messenger-RNA (mRNA) überschrieben. Diese mRNA wird im weiteren Verlauf der Proteinbiosynthese, bei der Translation, als Anleitung für den Aufbau eines Proteins verwendet. Du kannst sie dir also als eine Art "Kochzettel" für die Proteinherstellung vorstellen.

 

Damit eine mRNA gebildet werden  kann, benötigt man Folgendes:
1. den 3‘
5‘ Strang der DNA (codogener Strang), dessen Informationen abgelesen werden.
2. RNA Nukleotide (bestehend aus dem Zucker Ribose, einer Phosphatgruppe und jeweils einer der Basen Cytosin,

    Guanin, Adenin und Uracil ) welche die Bausteine der zu bildenden mRNA darstellen.
3. das Enzym RNA-Polymerase , das den codogenen Strang abliest und die mRNA herstellt.

 

Die Transkription lässt sich dabei in drei Schritte einteilen:

 1.   Initiation:
Vor jedem Gen befindet sich eine spezielle Basensequenz, die „Promotor“ genannt wird. Innerhalb des Promotors, befindet sich die Basensequenz -TATAA-, die sogenannte TATA-Box. Der Promotor, mit seiner TATA-Box dient als Startpunkt für die Transkription. Bei der Initiation erkennt nämlich die RNA-Polymerase die TATA-Box und bindet sich daraufhin an den Promotor.

Abb. 1: Initiation bei der Transkription (Proteinbiosynthese)
Abb. 1: Initiation bei der Transkription (Proteinbiosynthese)

2.   Elongation:
Nun kann die mRNA synthetisiert werden. Dazu entspiralisiert die RNA-Polymerase die DNA um ein kleines Stück  und spaltet die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den beiden DNA Strängen. Danach liest sie den 3‘ 5‘ Strang Base für Base ab und verknüpft die RNA-Nukleotide, die komplementär zu den Basen des DNA Strangs sind, miteinander in Richtung 3‘ → 5‘.
Das angeknüpfte RNA-Nukleotid ist also das passende Gegenstück zur DNA-Vorlage, mit dem wesentlichen Unterschied, dass bei der RNA Uracil anstatt vonThymin eingesetzt wird. Die Abläufe dieses Schrittes ähneln denen bei der DNA-Replikation.

Abb. 2: Elongation bei der Transkription (Proteinbiosynthese)
Abb. 2: Elongation bei der Transkription (Proteinbiosynthese)

3.  Termination:  
Am Ende des Gens befindet sich wieder eine andere spezielle Basenabfolge, der sogenannte Terminator, der den Endpunkt der Transkription darstellt. Gelangt die RNA-Polymerase an diesen Terminator, fällt sie ab und gibt die fertige mRNA frei. Die Transkription des Genabschnittes ist damit beendet.
Damit kann die zweite Phase der Poteinherstellung stattfinden, die Translation (Übersetzung). Die Gen-Information für das Protein ist nun von der DNA auf die mRNA "überschrieben" worden.

Bei Eukaryoten verlässt die mRNA selbst aber noch nicht dirket den Zellkern. Die mRNA verbleibt vorher noch im Zellkern und durchläuft den Prozess der mRNA-Reifung, bevor sie den Zellkern verlassen und ihre Funktion wahrnehmen kann. Dieser Prozess soll die mRNA vor enzymatischen Abbau außerhalb des Zellkerns schützen. Wäre ja blöd, wenn die Information für das Protein nach Verlassen des Zellkern nur unvollständig am Ribosom ankommen würde.

Bei Prokaryoten gelangt die mRNA nach dem Kopiervorgang direkt zu den Ribosomen, häufig lagern sich auch bereits Ribosomen an die noch entstehende Kette an und beginnen die Translation, bevor die Transkription beendet ist

Abb. 3: Termination bei der Transkription (Proteinbiosynthese)
Abb. 3: Termination bei der Transkription (Proteinbiosynthese)
Abb. 4: Termination bei der Transkription (Proteinbiosynthese)
Abb. 4: Termination bei der Transkription (Proteinbiosynthese)