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2020_Winter_Bis2a_Facciotti_Lecture_21 - Biologie


Lernziele im Zusammenhang mit 2020_Winter_Bis2a_Facciotti_Lecture_21

  • Unterscheiden und konvertieren Sie zwischen codierenden/nicht-codierenden, Schablonen-/Nicht-Schablonensträngen.
  • Definieren und erklären Sie die Funktion und Struktur eines offenen Leserahmens (ORF).
  • Erstellen Sie ein Modell für eine grundlegende Transkriptionseinheit, die Promotoren, Transkriptionsregulationsstellen für die Transkriptionsfaktorbindung, Ribosomenbindungsstelle, kodierende Region,haltCodon undTranskriptionTerminator.
  • Verwenden Sie das Modell einer Transkriptionseinheit, um die Rollen der einzelnen Strukturelemente einer Transkriptionseinheit zu diskutieren. Identifizieren Sie diejenigen, diesind transkribiert, die könnenübersetzt werdenund solche, die andere Rollen erfüllen.
  • Erstellen Sie ein dynamisches Modell (Verbal, Zeichnung usw.)vondas Prozess der Transkription, die die Reaktanten, Produkte, Enzyme, die für die Transkription erforderlichen Stellen auf der DNA umfasst, und wie diese Komponenten interagieren mit der DNA-Matrize zu verschiedenen Zeiten während des Prozesses. Setzen Sie Ihre Modelle einhineinHandlung!

Der Fluss der genetischen Information

In Bakterien, Archaeen und Eukaryoten besteht die Hauptaufgabe der DNA darin, vererbbare Informationen zu speichern, die den Befehlssatz kodieren, der für die Bildung des betreffenden Organismus erforderlich ist. Während wir viel besser darin geworden sind, die chemische Zusammensetzung schnell zu lesen (die Sequenz von Nukleotiden in einem Genom und einige chemische Modifikationen, die

werden hergestellt

dazu), wissen wir immer noch nicht, wie wir alle darin enthaltenen Informationen und alle Mechanismen, durch die sie entstehen, zuverlässig entschlüsseln können

ist gelesen

und letztendlich zum Ausdruck gebracht.

Es gibt jedoch einige Grundprinzipien und Mechanismen, die mit dem Lesen und Ausdrücken des genetischen Codes verbunden sind, dessen grundlegende Schritte

werden verstanden

und das muss Teil des konzeptionellen Werkzeugkastens für alle Biologen sein. Zwei dieser Prozesse sind die Transkription und die Translation, die das Umwandeln von Teilen des genetischen Codes, der in die DNA geschrieben wurde, in Moleküle der verwandten Polymer-RNA bzw. das Lesen und Kodieren des RNA-Codes in Proteine ​​sind.

In BIS2A konzentrieren wir uns auf die Entwicklung eines Verständnisses für die

Prozess

der Transkription (denken Sie daran, dass eine Energiegeschichte eine Rubrik zur Beschreibung eines Prozesses ist) und ihre Rolle beim Ausdruck genetischer Informationen. Wir motivieren unsere Diskussion über die Transkription, indem wir uns auf funktionale Probleme konzentrieren (wobei wir Teile unserer Problemlösungs-/Design-Challenge-Rubrik einbringen), die

gelöst werden

der Prozess stattfinden soll. Wir beschreiben dann, wie der Prozess

wird genutzt

von Natur aus eine Vielzahl funktioneller RNA-Moleküle (die verschiedene strukturelle, katalytische oder regulatorische Funktionen haben können) einschließlich der sogenannten Messenger-RNA (

mRNA

) Moleküle, die die zur Synthese von Proteinen erforderlichen Informationen tragen. Ebenso konzentrieren wir uns auf Herausforderungen und Fragen im Zusammenhang mit dem Translationsprozess, dem Prozess, bei dem die Ribosomen Proteine ​​synthetisieren.

Wir stellen den grundlegenden Fluss genetischer Information in biologischen Systemen oft in einem Schema dar, das als "das zentrale Dogma" bekannt ist (siehe Abbildung unten). Dieses Schema besagt, dass in der DNA kodierte Informationen über Transkription in die RNA einfließen und schließlich in Proteine ​​übersetzt werden. Prozesse wie die reverse Transkription (die Erzeugung von DNA aus einer RNA-Matrize) und Replikation stellen ebenfalls Mechanismen zur Weitergabe von Informationen in unterschiedlichen Formen dar. Dieses Schema sagt jedoch per se nichts darüber aus, wie Informationenist verschlüsseltoder über die Mechanismen, durch die sich regulatorische Signale zwischen den verschiedenen Schichten der im Modell abgebildeten Molekültypen bewegen. Während das folgende Schema ein fast erforderlicher Teil des Lexikons eines jeden Biologen ist, ist es vielleicht ein Überbleibsel vonaltTradition sollten die Schüler auch wissen, dass die Mechanismen des Informationsflusses komplexer sind (wir werden einige im Laufe der Zeit lernen, und dass "das zentrale Dogma" nur einige Kernpfade darstellt).

Abbildung 1. Der Fluss der genetischen Information.
Namensnennung:Marc T. Facciotti (Originalwerk)

Genotyp zu Phänotyp

Ein wichtiges Konzept in den folgenden Abschnitten ist der Zusammenhang zwischen genetischer Information, der Genotyp, und das Ergebnis des Ausdrucks, die Phänotyp. Diese beiden Begriffe und die Mechanismen, die die beiden verbinden, werdendiskutiert seinin den nächsten Wochen wiederholt – beginnen Sie, sich mit diesem Vokabular vertraut zu machen.

Abbildung2.Informationen in der DNA, dieausgedrückt werdendurch Transkriptionwird gelagertin der Sequenz der einzelnen Nukleotide, die in 5'- bis 3'-Richtung gelesen werden. Die Umwandlung der Informationen von DNA in RNA (ein Vorgang, der als Transkription bezeichnet wird) drückt diese Informationen in eine temporäre Kopie aus, die so wie sie ist funktionsfähig sein kann (z.tRNA,rRNA) oder eine Nachricht, die die Informationen codiert, die zum Aufbau eines Proteins erforderlich sind (z.mRNA). Zellen verwenden diemRNAals Matrize für die Erzeugungsproteine ​​durch Translation. Hier zeigen wir zwei verschiedene DNA-Sequenzen. Die Unterschiede in jeder DNA-Sequenz führen zur Produktion von zwei verschiedenenmRNAs, gefolgt von der Synthese von zwei verschiedenen Proteinen. Letztendlich erzeugen diese unterschiedlichen Proteine ​​bei den Mäusen zwei unterschiedliche Fellfarben.

Genotyp bezieht sich auf die in der DNA des Organismus gespeicherten Informationen, die Sequenz der Nukleotide und die Zusammenstellung seiner Gene. Phänotyp bezieht sich auf alle physikalischen Eigenschaften, die Sie messen können, wie Größe, Gewicht, Menge an produziertem ATP, Fähigkeit zur Verstoffwechslung von Laktose und Reaktion auf Umweltreize. Unterschiede im Genotyp, sogarleicht, kann zu unterschiedlichen Phänotypen führen, die der natürlichen Selektion unterliegen. Die obige Abbildung zeigt diese Idee. Beachten Sie auch, dass, während wir klassisch über die Genotyp- und Phänotyp-Beziehung inder Kontext vonVielzeller, diese Nomenklatur und die zugrunde liegenden Konzepte gelten für alle Organismen, sogar für einzellige Organismen wie Bakterien und Archaeen.

Gene

Was ist ein Gen? EIN Gen ist ein DNA-Abschnitt im Genom eines Organismus, der eine funktionelle RNA (wie z

rRNA

,

tRNA

,

etc

.)

oder

Proteinprodukt (Enzyme, Tubulin usw.). Ein generisches Gen enthält Elemente, die für regulatorische Regionen kodieren, und eine Region, die eine transkribierte Einheit kodiert.

Gene können gewinnen Mutationen– definiert als Veränderungen in der Zusammensetzung und/oder Sequenz der Nukleotide – entweder in den kodierenden oder regulatorischen Bereichen. Diese Mutationen können zu mehreren Ergebnissen führen: (1) Als Ergebnis passiert nichts Messbares; (2) das Gen wird nicht mehr exprimiert; oder (3) die Expression oder das Verhalten des Genprodukts

(

s) sind unterschiedlich. In einer Population von Organismen, die das gleiche teilen

Gen

verschiedene Varianten des Gens

sind bekannt

wie Allele. Unterschiedliche Allele können zu Unterschieden im Phänotyp von Individuen führen und unter Selektionsdruck zur Diversität in der Biologie beitragen.

Beginnen Sie mit dem Erlernen dieser Vokabelbegriffe und der dazugehörigen Konzepte. Du wirst dann

etwas

kennen sie, wenn wir in den nächsten Vorlesungen näher darauf eingehen.

Figur 3. Ein Genbesteht auseine kodierende Region für ein RNA- oder Proteinprodukt, begleitet von ihren regulatorischen Regionen.Die kodierende Region wird transkribierthineinRNAwelcherwird dann übersetztin Eiweiß.

Transkription von DNA zu RNA

Abschnittszusammenfassung

Bakterien, Archaeen und Eukaryoten müssen alle Gene aus ihren Genomen transkribieren. Auch wenn die zelluläre Position unterschiedlich sein kann (Eukaryoten führen die Transkription im Zellkern durch; Bakterien und Archaeen führen die Transkription im Zytoplasma durch), aber die Mechanismen, nach denen Organismen dieser Kladen diesen Prozess durchführen, sindgrundsätzlichdas gleiche und kanngekennzeichnet seindurch drei Stufen: Initiierung, Elongation und Beendigung.

Ein kurzerÜberblick über die Transkription

Transkription istder Prozess vonErstellen einer RNA-Kopie eines DNA-Segments. Da dies ein Prozess, möchten wir die Rubrik Energy Story anwenden, um ein funktionales Verständnis der Transkription zu entwickeln. Wie sieht das Molekülsystem vor Beginn der Transkription aus? Wie sieht es am Ende aus? Welche Stoffumwandlungen und Energieübertragungen finden während der Transkription statt und was katalysiert den Prozess? Wir wollen auch über den Prozess von a . nachdenkenDesign-HerausforderungStandpunkt. Wenn die biologische Aufgabe darin besteht, eine Kopie der DNA in der chemischen Sprache der RNA zu erstellen, welche Herausforderungen können wir angesichts unseres Wissens über andere Nukleotidpolymerprozesse vernünftigerweise annehmen oder erwarten?überwunden werden? Gibt es Beweise dafür, dass die Natur diese Probleme auf unterschiedliche Weise gelöst hat? Was scheinen die Kriterien für den Erfolg der Transkription zu sein? Du hast die Idee.

Auflistung einiger Grundvoraussetzungen für die Transkription

Betrachten wir zunächst die anstehenden Aufgaben, indem wir einige unserer Grundlagenkenntnisse nutzen und uns vorstellen, was während der Transkription passieren muss, wenn das Ziel darin besteht, eine RNA-Kopie eines Stücks eines Strangs eines doppelsträngigen DNA-Moleküls zu erstellen. Wir werden sehen, dass wir mit einer grundlegenden Logik viele der wichtigen Fragen und Dinge ableiten können, die wir wissen müssen

in Ordnung

den Prozess richtig zu beschreiben.

Stellen wir uns vor, wir wollen eine Nanomaschine/einen Nanobot entwerfen, der/die Transkription durchführt. Wir können einige gebrauchen

Design-Herausforderung

Denken, um Probleme und Teilprobleme zu identifizieren, die

gelöst werden

von unserem kleinen Roboter.

• Wo soll die Maschine starten? Entlang der Millionen bis Milliarden von Basenpaaren, wo sollte die Maschine?

gerichtet sein

?
• Wo soll die Maschine anhalten?
• Wenn wir Start- und Stopp-Sites haben, müssen wir diese Informationen codieren, damit unsere Maschine

(

s) kann diese Informationen lesen – wie wird das?

erreicht werden

?
• Wie viele RNA-Kopien der DNA müssen wir herstellen?
• Wie schnell müssen die RNA-Kopien

gemacht sein

?
• Wie genau müssen die Kopien sein

gemacht sein

?
• Wie viel Energie wird der Prozess benötigen und woher soll die Energie kommen?

Dies sind nur einige Kernfragen. Wer möchte, kann tiefer graben. Diese sind jedoch bereits gut genug, um ein gutes Gefühl für diesen Prozess zu bekommen. Beachten Sie auch, dass viele dieser Fragen denjenigen bemerkenswert ähnlich sind, die wir vermuteten, um die DNA-Replikation zu verstehen.

Die Bausteine ​​der Transkription

Die Bausteine ​​der RNA

Erinnern Sie sich aus unserer Diskussion über die Struktur von Nukleotiden daran, dass die Bausteine ​​der RNA denen der DNA sehr ähnlich sind. In der RNA bestehen die Bausteine ​​aus Nukleotidtriphosphaten, diebesteheneines Ribosezuckers, einer stickstoffhaltigen Base und drei Phosphatgruppen. Die Hauptunterschiede zwischen den Bausteinen der DNA und denen der RNA sind, dassRNA-Moleküle sind zusammengesetztvon Nukleotiden mit Ribose-Zuckern (im Gegensatz zu Desoxyribose-Zuckern) und verwenden Uridin, ein Uracil, das Nukleotide enthält (im Gegensatz zu Thymidin in der DNA). Beachten Sie unten, dass Uracil und Thymin strukturell sehr ähnlich sind – dem Uracil fehlt nur ein Methyl (CH3) funktionelle Gruppe im Vergleich zu Thymin.

Abbildung 1. Die grundlegenden chemischen Bestandteile von Nukleotiden.
Namensnennung:Marc T. Facciotti (Originalwerk)

Transkriptionsinitiation

Veranstalter

Proteine, die für die Erstellung einer RNA-Kopie eines bestimmten DNA-Stücks (Transkription) verantwortlich sind, müssen zunächst in der Lage sein, den Anfang des Elements zu erkennen, umkopiert werden. EIN Promoter ist eine DNA-Sequenz, an die verschiedene Proteine, zusammenfassend als Transkriptionsmaschinerie bekannt, binden und die Transkription starten. In den meisten Fällen existieren Promotoren stromaufwärts (5' zur kodierenden Region) der Gene, die sie regulieren. Die spezifische Sequenz eines Promotors ist sehr wichtig, da sie bestimmt, ob die Zelle den entsprechenden kodierenden Teil des Gens ständig, manchmal oder selten transkribiert. Obwohl die Promotoren je nach Spezies variieren, gibt es einige Elemente mit ähnlichen Sequenzensind manchmal konserviert. Bei der-10und-35Regionen stromaufwärts der Initiationsstelle gibt es zweiPromoterKonsens Sequenzen oder Regionen, die über viele Promotoren und über verschiedene Arten hinweg ähnlich sind. Einige Promotoren haben eine Sequenz, die der Konsensussequenz sehr ähnlich ist (die Sequenz, die die häufigsten Sequenzelemente enthält), und andere sehen ganz anders aus. Diese Sequenzvariationen beeinflussen die Stärke, mit der die Transkriptionsmaschinerie an den Promotor binden kann, um die Transkription zu starten. Dies hilft, die Anzahl der Transkripte zu kontrollieren, diewerden hergestelltund wie oft sie gemacht werden.

Figur 2. (a) Ein allgemeines Diagramm eines Gens. Das Gen umfasst die Promotorsequenz, eine untranslatierte Region (UTR) und die kodierende Sequenz. (B) Eine Liste von mehreren starken E. coliPromoterSequenzen. Die -35-Box und die -10-Boxsind hochkonserviertSequenzen in der Liste der starken Promotoren. Schwächere Promotoren weisen im Vergleich zu diesen Sequenzen mehr Basenpaarunterschiede auf.
Quelle: http://www.discoveryandinnovation.co...Vortrag12.html

Bakterielle vs. eukaryotische Promotoren

In Bakterienzellen ist die -10-Konsensussequenz, die als -10-Region bezeichnet wird, AT-reich, oft TATAAT. Die -35-Sequenz, TTGACA,

wird erkannt

und durch das Protein gebunden σ. Sobald diese Protein-DNA-Interaktion

wird gemacht

binden die Untereinheiten der Core-RNA-Polymerase an die Stelle. Aufgrund der relativ geringeren Stabilität der AT-Assoziationen erleichtert die AT-reiche -10-Region das Abwickeln der DNA-Matrize, und es werden mehrere Phosphodiesterbindungen hergestellt.

Eukaryotische Promotoren sind viel größer und komplexer als prokaryotische Promotoren, aber beide haben eine AT-reiche Region – in Eukaryoten ist es

heißt normalerweise

eine TATA-Box. Zum Beispiel im Maus-Thymidinkinase-Gen,

die TATA-Box befindet sich

bei

ungefähr -30

. Für dieses Gen ist die genaue TATA-Box-Sequenz TATAAAA, gelesen in 5'-zu-3'-Richtung auf dem Nicht-Templat-Strang. Diese Sequenz ist nicht identisch mit der E coli -10-Region, aber beide teilen die Qualität von

Sein

AT-reiches Element.

Anstelle einer einzelnen bakteriellen Polymerase kodieren die Genome der meisten Eukaryoten drei verschiedene RNA-Polymerasen, die jeweils aus zehn Proteinuntereinheiten oder mehr bestehen. Jede eukaryontische Polymerase benötigt auch einen bestimmten Satz von Proteinen, die als bekannt sind Transkriptionsfaktoren um es zu einem Promoter zu rekrutieren. Darüber hinaus hilft eine Armee anderer Transkriptionsfaktoren, Proteine, die als Enhancer bekannt sind, und Silencer, die RNA-Synthese von jedem Promotor zu regulieren. Enhancer und Silencer beeinflussen die Effizienz der Transkription, sind aber

nicht nötig

für die Einleitung der Transkription oder deren Prozession. Basale Transkriptionsfaktoren sind entscheidend für die Bildung von a Präinitiationskomplex auf der DNA-Matrize, die anschließend RNA-Polymerase für die Transkriptionsinitiation rekrutiert.

Die Initiation der Transkription beginnt mit der Bindung der RNA-Polymerase an die Promoter. Die Transkription erfordert die DNA-Doppelhelixsich teilweise entspannenso dass ein Strang kannverwendet werden alsdie Matrize für die RNA-Synthese. Die Region der Entspannungwird genanntein Transkriptionsblase.

Figur 3. Während der Elongation verfolgt die RNA-Polymerase entlang der DNA-Matrize, synthetisiert mRNA in der 5'- nach 3'-Richtung und wickelt sich abdann zurückspulendie DNA wie sieist gelesen.

Verlängerung

Die Transkription erfolgt immer von der Vorlagenstrang, einer der beiden Stränge der doppelsträngigen DNA. Das RNA-Produkt ist komplementär zum Matrizenstrang und fast identisch mit dem Nicht-Templatstrang, der als bezeichnet wird Kodierungsstrang, mit der Ausnahme, dass die RNA ein Uracil (U) anstelle des Thymins (T) in der DNA enthält. Während der Dehnung wird ein Enzym namens RNA-Polymerase verläuft entlang der DNA-Matrize und fügt Nukleotide durch Basenpaarung mit der DNA-Matrize in ähnlicher Weise wie die DNA-Replikation hinzu, mit dem Unterschied, dass ein RNA-Strangwird synthetisiertbleibt nicht an die DNA-Matrize gebunden. Mit fortschreitender Elongation wird die DNAwird kontinuierlich abgewickeltvor dem Kernenzym und dahinter zurückgespult. Beachten Sie, dass die Syntheserichtung mit der von identisch istsyn dieSchwesterin der DNA – 5' bis 3'.

Figur 4. Während der Elongation verfolgt die RNA-Polymerase entlang der DNA-Matrize, synthetisiert mRNA in der 5'- nach 3'-Richtung, wickelt die DNA ab und wickelt sie dann wieder zurückes ist gelesen.

Abbildung 5. Die Addition von Nukleotiden während des Transkriptionsprozesses ist der Nukleotidaddition sehr ähnlichinDNA Replikation. Die RNAist polymerisiertvon 5' nach 3', und bei jeder Addition eines Nukleotids wird eine Phosphoanhidrid-Bindung durch das Enzym hydrolysiert, was zu einem längeren Polymer und der Freisetzung von zwei anorganischen Phosphaten führt.
Quelle: http://utminers.utep.edu/rwebb/html/...Sehnsucht.html

Bakterielle vs. eukaryotische Elongation

Bei Bakterien beginnt die Elongation mit der Freisetzung des σ Untereinheit von der Polymerase. Die Dissoziation von σ ermöglicht es dem Kernenzym, entlang der DNA-Matrize fortzuschreiten, wobei mRNA in der 5'- zu 3'-Richtung mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 40 Nukleotiden pro Sekunde synthetisiert wird. Mit fortschreitender Elongation wird die DNA

wird kontinuierlich abgewickelt

vor dem Kernenzym und dahinter zurückgespult. Die Basenpaarung zwischen DNA und RNA ist nicht stabil genug, um die Stabilität der mRNA-Synthesekomponenten aufrechtzuerhalten. Stattdessen fungiert die RNA-Polymerase als stabiler Linker zwischen der DNA-Matrize und den entstehenden RNA-Strängen, um sicherzustellen, dass die Verlängerung

wird nicht unterbrochen

vorzeitig.

In Eukaryoten wird nach der Bildung des Präinitiationskomplexes die Polymerase

es ist veröffentlicht worden

von den anderen Transkriptionsfaktoren und

Dehnung ist erlaubt

wie bei Prokaryonten mit der Polymerase vorzugehen, die prä-mRNA in 5'- nach 3'-Richtung synthetisiert. Wie bereits erwähnt, transkribiert die RNA-Polymerase II den Großteil der eukaryontischen Gene, daher wird sich dieser Abschnitt darauf konzentrieren, wie diese Polymerase Elongation und Termination bewerkstelligt.


Mögliche NB-Diskussion Punkt

Vergleichen und kontrastieren Sie die Energiegeschichte für DNA-Replikationsinitiation + Elongation mit der Energiegeschichte für Transkriptionsinitiation + Elongation.


Beendigung

Bei Bakterien

Einmal ein Gen

wird transkribiert

, muss die bakterielle Polymerase von der DNA-Matrize dissoziieren und die neu hergestellte mRNA freisetzen. Abhängig vom zu transkribierenden Gen gibt es zwei Arten von Terminationssignalen. Einer ist

ein

proteinbasiert und das andere ist RNA-basiert. Rho-abhängige Kündigung

ist kontrolliert

bis zum

rho

Protein, das entlang der Polymerase auf der wachsenden mRNA-Kette verläuft. Gegen Ende des Gens trifft die Polymerase auf eine Reihe von G-Nukleotiden auf der DNA-Matrize und sie bleibt stehen. Infolgedessen ist die

rho

Protein kollidiert mit der Polymerase. Die Interaktion mit Rho setzt die mRNA aus der Transkriptionsblase frei.

Rho-unabhängige Terminierung

ist kontrolliert

durch spezifische Sequenzen im DNA-Matrizenstrang. Wenn sich die Polymerase dem Ende des zu transkribierenden Gens nähert, trifft sie auf eine Region, die reich an CG-Nukleotiden ist. Die mRNA faltet sich in sich selbst zurück und die komplementären CG-Nukleotide binden

zusammen

. Das Ergebnis ist ein stabiler Haarnadel das führt dazu, dass die Polymerase zum Stillstand kommt, sobald sie

beginnt zu transkribieren

eine Region, die reich an AT-Nukleotiden ist. Die komplementäre UA-Region des mRNA-Transkripts bildet nur eine schwache Wechselwirkung mit der Template-DNA. Dies, gekoppelt mit der blockierten Polymerase, induziert genügend Instabilität, damit das Kernenzym abbrechen und das neue mRNA-Transkript freisetzen kann.

Bei Eukaryoten

Die Termination der Transkription ist für die verschiedenen Polymerasen unterschiedlich. Anders als bei Prokaryoten findet bei Eukaryoten eine Elongation durch die RNA-Polymerase II statt1,000–2.000 Nukleotide über das Ende des zu transkribierenden Gens hinaus. Diese Vor-mRNASchwanzwird nachträglich entferntdurch Spaltung während der mRNA-Prozessierung.Auf der anderen Seite ist RNAPolymerasen I und III erfordern Terminationssignale. Gene, die von RNA-Polymerase I transkribiert werden, enthalten eine spezifische 18-Nukleotid-Sequenz, diewird erkanntdurch ein Terminationsprotein. Der Terminationsprozess in der RNA-Polymerase III beinhaltet eine mRNA-Haarnadel ähnlichzurho-unabhängige Termination der Transkription in Prokaryoten.

In Archäa

Die Termination der Transkription in den Archaeen ist weit weniger untersucht als in den anderen beiden Lebensbereichen undist immer noch nicht gut verstanden. Während die funktionellen Details wahrscheinlich Mechanismen ähneln, diegesehen wordenin den anderen Bereichen des Lebens sind die Details darüber hinausder Umfang vondieser Kurs.

Mobilfunkstandort

Bei Bakterien und Archaeen

Bei Bakterien und Archaeen erfolgt die Transkription imZytoplasma,wo die DNAbefindet sich. Da die Lage der DNA und damit der Transkriptionsprozesssind nicht physisch getrenntvom Rest der Zelle beginnt die Translation oft, bevor die Transkription abgeschlossen ist. Das bedeutet, dass mRNA in Bakterien und Archaeen als Matrize für ein Protein verwendet wird, bevor es die gesamte mRNA produziert. Die fehlende räumliche Segregation bedeutet auch, dass es für diese Prozesse eine sehr geringe zeitliche Segregation gibt. Abbildung 6 zeigt die gleichzeitig stattfindenden Prozesse der Transkription und Translation.

Abbildung 6. Die Addition von Nukleotiden während des Transkriptionsprozesses ist der Nukleotidaddition sehr ähnlichinDNA Replikation.
Quelle:Marc T. Facciotti (eigene Arbeit)

Bei Eukaryoten....

Bei Eukaryoten ist der Transkriptionsprozessist physisch getrenntvom Rest der Zelle, abgesondert im Kern. Daraus ergeben sich zwei Dinge: Die mRNA ist fertig, bevor die Translation beginnen kann, und es bleibt Zeit, die mRNA "anzupassen" oder zu "bearbeiten", bevor die Translation beginnt. Die physikalische Trennung dieser Prozesse gibt Eukaryoten die Möglichkeit, die mRNA so zu verändern, dass die Lebensdauer der mRNA verlängert oder sogar das Proteinprodukt verändert wird, dasproduziert werdenaus der mRNA.

MRNA-Verarbeitung

5' G-Kappe und 3' Poly-A Schwanz

Wannein eukaryotischerGenwird transkribiert, verarbeitet die Zelle das primäre Transkript im Zellkern auf verschiedene Weise. Eukaryontische ZellenändernmRNAsam 3'-Ende durch Hinzufügen eines Poly-A-Schwanzes. Dieser Lauf von A-Resthinzugefügtdurch ein Enzym, das keine genomische DNA als Matrize verwendet. Die mRNAs haben eine chemische Modifikation des 5'-Endes, die als 5'-Cap bezeichnet wird. Die Daten legen nahe, dass diese Modifikationen sowohl dazu beitragen, die Lebensdauer der mRNA zu verlängern (deren vorzeitigen Abbau im Zytoplasma zu verhindern) als auch der mRNA zu helfen, die Translation zu starten.

Abbildung 7. Vor-mRNAsverarbeitet werdenin einer Reihe von Schritten.Intronswerden entfernt, eine 5' Kappe und Poly-A Schwanzsind hinzugefügt.
Quelle: http://www.discoveryandinnovation.co...Vortrag12.html

Mögliche NB-Diskussion Punkt

Transkriptomik ist ein Zweig der „-omik“, der das Studium des Transkriptoms eines Organismus oder einer Population oder des vollständigen Satzes aller RNA-Moleküle beinhaltet. Welche Informationen können Sie aus dem Studium des/der Transkriptome(s) gewinnen? Können Sie sich irgendwelche coolen wissenschaftlichen Fragen vorstellen, die eine transkriptomische Analyse lösen könnte? Welche Einschränkungen gibt es bei transkriptomischen Ansätzen, die man bei der Durchführung von Analysen beachten sollte?


Alternatives Spleißen

Das Spleißen erfolgt bei den meisten eukaryotischen mRNAs, in denen Intronswerden entferntaus der mRNA-Sequenz und Exonssind ligiertzusammen. Dies kann eine viel kürzere mRNA erzeugen, als sie ursprünglich transkribiert wurde. Spleißen ermöglicht das Mischen und Anpassen von ZellenwelcherExonssind eingearbeitetin das endgültige mRNA-Produkt. Wie in der Abbildung unten gezeigt, kann dies dazu führen, dass mehrere Proteine ​​von einem einzigen Gen kodiert werden.

Abbildung 8. Die in der DNA gespeicherte Information ist endlich.In manchen Fällenkönnen Organismen diese Informationen mischen und abgleichen, um unterschiedliche Endprodukte herzustellen. In Eukaryoten ermöglicht alternatives Spleißen die Erzeugung verschiedener mRNA-Produkte, dieim Gegenzugwerden verwendetin Translation, um verschiedene Proteinsequenzen zu erzeugen. Dies führt letztendlich zur Produktion unterschiedlicher ProteineFormen,und damit unterschiedliche Proteinfunktionen.
Quelle: http://www.discoveryandinnovation.co...Vortrag12.html