Transkription und RNA Prozessierung 09:21 min
Transkript Transkription und RNA Prozessierung
Hi und herzlich willkommen zu einem Video über die Transkription und den anschließenden Prozess des Spleißens. Transkription und Spleißen, oder auch „splicing‟ genannt, sind Teile der Proteinbiosynthese. Die Proteinbiosynthese beschreibt die Neuproduktion von Proteinen in der Zelle. Der Bauplan der Proteine ist in der DNA im Zellkern zu finden. Dort finden Transkription und Spleißen auch statt. Die Produktion der Proteine findet an den Ribosomen außerhalb des Zellkerns statt. Das bedeutet, die Information, die im Zellkern gespeichert ist, muss zu den Ribosomen gelangen. Um das zu bewerkstelligen, wird ein Teil der DNA kopiert. Es entsteht die sogenannte prä mRNA. Diese wird weiterverarbeitet, prozessiert und gespleißt, bis dann die fertige mRNA zu den Ribosomen transportiert wird. Die einzelnen Schritte dieser Vorgänge gehen wir nun genauer durch. DNA oder DNS bedeutet Desoxyribonukleinsäure, beziehungsweise „acid“ auf Englisch, und besteht aus einer Kette von zusammenhängenden Nukleotiden. Jedes Nukleotid besteht aus einem Phosphatanteil, einem Zuckermolekül und einer Base. Das Zuckermolekül der DNA ist Desoxyribose und die Basen der DNA lauten Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. Im Doppelstrang der DNA sind die Basen Adenin und Thymin sowie die Basen Cytosin und Guanin miteinander durch Wasserstoffbrücken verbunden. Zwischen Adenin und Thymin gibt es zwei Wasserstoffbrücken, zwischen Guanin und Cytosin drei Wasserstoffbrücken. Hier ein kleiner Merksatz für die Anzahl der Wasserstoffbrücken: Im Alphabet liegen genau drei Buchstaben zwischen den Buchstaben C und G: C, D, E, F, G. Daran kann man sich merken, dass zwischen Cytosin und Guanin drei Wasserstoffbrücken sind. Und zwischen Adenin und Thymin sind es zwei. Die RNA oder auch Ribonukleinsäure liegt in menschlichen Zellen meist nicht doppelsträngig, sondern als Einzelstrang vor. Ferner unterscheidet sie sich von der DNA in ihrem Zuckermolekül, der Ribose, und die Base Thymin wird durch die Base Uracil ersetzt. Die Basen Adenin und Guanin werden als Purinbasen bezeichnet. Die Basen Cytosin, Uracil und Thymin werden als Pyrimidinbasen bezeichnet. Damit Ihr Euch gut merken könnt, was Purinbasen und was Pyrimidinbasen sind, hier eine kleine Eselsbrücke: Wir merken uns zu Pyrimidinbasen die Pyramide. Von dieser Pyramide schneiden wir uns etwas aus, wir machen einen Cut. Und zwar schneiden wir uns ein Dreieck aus, mit den Buchstaben an den Ecken: Cytosin, Uracil und Thymin, C, U und T. Und daran merken wir uns, dass C, U und T ein Cut an der Pyramide ist und damit sind das alles drei Pyrimidinbasen. Kommen wir zum eigentlichen Thema dieses Videos, der Transkription. Das wichtigste Enzym der Transkription ist die RNA-Polymerase. Diese entwindet zu Beginn der Transkription einen Teil der DNA, trennt die Wasserstoffbrücken zwischen den Basen und synthetisiert die RNA. Dafür setzt die RNA-Polymerase an dem Promoter an. Ein Promoter ist eine bestimmte Abfolge von Basen, welche von der RNA-Polymerase als Startsequenz erkannt wird. Gelesen wird nur einer der beiden DNA-Stränge. Dieser wird auch als codogener Strang bezeichnet. Die RNA-Polymerase liest den codogenen Strang und synthetisiert anhand dessen die prä-mRNA. Wenn die RNA-Polymerase ein Guanin am codogenen Strang liest, wird ein Cytosin an der prä-mRNA synthetisiert. Wird ein Thymin gelesen, erhält die prä-mRNA ein Adenin. Wird ein Adenin gelesen, erhält die prä-mRNA ein Uracil. Nicht vergessen: Es wird ja eine RNA synthetisiert. Die prä-mRNA wird durch diesen Vorgang eine RNA-Kopie des nicht-codogenen Stranges. Der codogene Strang wird vom 3'- zum 5'-Ende gelesen und die RNA wird vom 5' zum 3' synthetisiert. Um sich diese Richtung besser zu merken möchte ich eine Merkhilfe mit Euch teilen. Wir schreiben die Worte „Synthese“ und „Lesen“ auf, wobei wir das „s“ durch eine Fünf und das „e“ durch eine Drei ersetzen. Nun sehen wir uns die Worte von links nach rechts an und sehen, dass beim Wort „Synthese“ die erste Zahl eine Fünf und die zweite Zahl eine Drei ist. Beim Wort „Lesen“ ist die erste Zahl, auf die wir stoßen, eine Drei und die zweite Zahl eine Fünf. Synthese geht also von Fünf nach Drei, und Lesen geht von Drei nach Fünf. Die RNA-Polymerase synthetisiert nun solange die DNA am codogenen Strang, bis sie auf einen Terminator trifft. Der Terminator ist eine Stoffsequenz, bei welcher sich Polymerase und RNA von der DNA lösen. Die nun entstandene prä-mRNA wird nun weiterverarbeitet oder auch prozessiert. Diese Prozessierung besteht aus Capping, Polyadenylierung, Editing und Spleißen. Beim Capping erhält die mRNA eine Kappe an ihrem 5'-Ende. Diese Kappe ist ein modifiziertes Guanin-Nukleotid. Die 5'-Cap-Struktur schützt die mRNA vor dem Abbau und signalisiert der Zelle, dass die mRNA nun zu den Ribosomen für die Translation transportiert werden kann. Später bei der Translation dient die 5'-Cap-Struktur ferner als Bindungsstelle für die Ribosomen. Um sich zu merken, dass das Capping zum 5'-Ende gehört, habe ich immer den Merksatz, dass der Typ mit der Käppi holt zum High Five aus. High Five, Fünf, 5'-Ende, Typ mit der Käppi, Capping am 5'-Ende. Bei der Polyadenylierung wird derselben mRNA am 3'-Ende ein Poly-A-Schwanz angehängt. Das A steht hier für Adenosinphosphat. Dieser Schwanz besteht aus vielen Nukleotiden und schützt die mRNA vor dem Abbau. Der Schwanz verkürzt sich mit der Zeit und ist so für die Lebensdauer der mRNA verantwortlich. Beim Editing werden Basen der mRNA verändert, wodurch die Proteinvielfalt erhöht wird. Mehr und genauere Informationen zur Prozessierung findet Ihr in dem Video „Prozessierung – RNA-Modifikation bei Eukarioten". Kommen wir zum Spleißen. Bis jetzt enthält die noch-prä-mRNA Basenfolgen, die für Proteine codieren und Basenfolgen, welche nicht für Proteine codieren. Diese vier Proteine codierende Bereiche werden als Exons bezeichnet. Die nicht Proteine codierenden Bereiche werden als Introns bezeichnet. Die Introns werden bei der Translation, dem Schritt der Proteinbiosynthese an den Ribosomen, nicht benötigt. Daher werden die Introns entfernt und die Exons zusammengefügt. Die Messenger-RNA ist nun keine unreife prä-mRNA mehr, sondern reif und bereit für den Transport zu den Ribosomen. Ich bedanke mich für das Zusehen und hoffe, Ihr konntet etwas lernen. Tschüss!
Videobeschreibung
In diesem Video wird dir der Ablauf der Transkription, dem ersten Schritt der Proteinbiosynthese, erklärt. Bei der Trankription wird die DNA in RNA überschrieben. Dieser Prozess erfolgt unter Mitwirkung unterschiedlicher Enzyme, die die Doppelhelix der DNA aufspalten und ablesen. Anschließend erfolgt die RNA-Prozessierung der Prä-mRNA, die aus den Schritten: Capping, Polyadenylierung, Editing und Spleißen besteht. Nach der Prozessierung der RNA wird das mRNA-Molekül aus dem Zellkern freigesetzt und kann von Ribosomen in Proteine translatiert werden.
Der Tutor:
Bachelor of Science
Transkription und RNA Prozessierung
Transkription und RNA Prozessierung Übung
Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Transkription und RNA Prozessierung kannst du es wiederholen und üben.
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Beschreibe den Ablauf der Transkription.
Tipps
Die Schritte der Transkription werden auch als Initiation, Elongation und Termination bezeichnet.
Die Initiation beschreibt die Anlagerung der RNA-Polymerase an den Promotor.
Während der Elongation wird der DNA-Strang weiter geöffnet und die RNA parallel synthetisiert.
Während der Termination verlassen die RNA und die RNA-Polymerase den DNA-Strang.
Lösung
Die Transkription, also das Ablesen der DNA in RNA, kann in drei Teilschritte unterteilt werden.
Während der Initiation bindet die RNA-Polymerase an die Promotoregion des Gens. Das Enzym kann nur an diese Regionen, die eine spezifische Sequenz besitzen, binden. So wird sichergestellt, dass nur Gene in RNA übersetzt werden. Hat die RNA-Polymerase gebunden, entwindet sie den DNA-Strang und spaltet die Wasserstoffbrücken, die den Doppelstrang zusammenhalten. Es entsteht eine Transkriptionsgabel.
Während der Elongation wird der DNA-Strang weiter geöffnet und entwunden. Gleichzeitig wird der RNA-Strang von der Polymerase aus RNA-Nukleotiden synthetisiert.
Die Termination beschreibt das Ablösen der RNA-Polymerase und des neuen RNA-Stranges von der DNA. Die Transkriptionsgabel schließt sich wieder. Ähnlich wie bei der Initiation wird auch die Termination von einer bestimmten Sequenz in der DNA ausgelöst.
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Gib die Schritte der mRNA-Prozessierung wieder.
Tipps
Manchmal weist der Name des Prozessierungsschrittes auf den Vorgang hin.
Das Spleißen findet nur bei Eukaryonten statt, da prokaryotische Gene keine Introns besitzen.
Lösung
Die verschiedenen Prozessierungsschritte der mRNA ermöglichen, dass die Informationen der mRNA im nächsten Schritt der Proteinbiosynthese, der Translation, effizient verwendet werden können.
Das Capping der mRNA am 5'-Ende lagert eine Erkennungsstruktur an das Molekül an. So können andere Strukturen der Zelle das Molekül erkennen und an den richtigen Ort transportieren. Außerdem wird es so nicht abgebaut.
Die Polyadenylierung, also die Anlagerung eines PolyA-Schwanzes an das 3'-Ende der mRNA, dient der Steuerung des Abbaus der mRNA. Ist der Schwanz vorhanden, wird die mRNA von den Abbauenzymen der Zelle nicht erkannt. Allerdings verkürzt er sich mit der Zeit. Wenn er vollständig verschwunden ist, wird die mRNA vollständig abgebaut. Aber keine Sorge, ihre Einzelteile werden in der nächsten mRNA wiederverwendet.
Beim Editing werden kleine Teile der mRNA-Sequenz verändert. Dieser Vorgang erhöht die Variabilität der Proteine. Die Funktionalität mancher Proteine wird erst durch diese Veränderung des Transkripts ermöglicht. Bei wieder anderen entstehen hierdurch leicht unterschiedliche Proteine, die auch leicht unterschiedliche Aufgaben übernehmen.
Das Spleißen beschreibt das Herausschneiden der nicht-codierenden Introns aus der mRNA-Sequenz. Solche Introns befinden sich nur in eukaryotischen Genen.
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Erkläre die verschiedenen Funktionen der RNA in der Proteinbiosynthese.
Tipps
tRNA steht für Transfer-RNA. Sie übermittelt Informationen zwischen zwei verschiedenen Molekülen.
Beim Spleißen der RNA werden die Introns des Gens entfernt.
Lösung
- prä-mRNA entsteht direkt durch die Transkription, also das Ablesen der DNA aus dem Zellkern.
- Als mRNA wird die prozessierte prä-mRNA bezeichnet. Sie enthält keine Introns mehr, besitzt eine 5'-Kappe, ist am 3'-Ende polyadenyliert und wurde editiert.
- Die tRNA ist ein speziell geformtes RNA-Molekül. Sie besitzt ein Anticodon, mit dem sie während der Translation an ein passendes mRNA-Codon andocken kann. Außerdem ist eine Aminosäure an die tRNA gebunden. Dockt das Anticodon während der Translation an, wird die Aminosäure weitergereicht. Auf diese Weise entstehen aus den genetischen Informationen Proteine.
- Aus der rRNA, auch ribosomale RNA genannt, bestehen die Untereinheiten der Ribosomen. In den Ribosomen findet die Translation statt.
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Untersuche die Unterschiede zwischen RNA und DNA.
Tipps
Das Genom, also die Gesamtheit der Erbinformationen eines Organismus, ist in der DNA gespeichert.
Eukaryoten besitzen einen Zellkern.
DNA kann die Zellkernporen nicht passieren.
Lösung
Die DNA und die RNA sind aus Nukleotiden aufgebaut. Diese Nukleotide bilden Ketten, die auch Stränge genannt werden. Die DNA besteht im Gegensatz zur RNA aus zwei dieser Stränge, die sich umeinander winden, sie ist also doppelsträngig.
Doch auch die Bausteine der beiden Nukleinsäuren unterscheiden sich. Während der Zuckerrest der DNA die Desoxyribose ist, befindet sich an den gleichen Stellen der RNA die Ribose. Neben dem Zucker enthält ein Nukleotid noch einen Phosphatrest und eine der vier Basen. Dabei enthält die RNA statt der Base Thymin in der DNA Uracil.
Die DNA liegt im Zellkern vor, sie kann ihn nicht verlassen. Sie speichert unsere gesamte Erbinformation und ist dementsprechend sehr lang. Die RNA dient dagegen als Mittel der Übersetzung und transportiert die Informationen aus dem Zellkern zum Beispiel zu den Ribosomen. Dabei werden immer nur Abschnitte des Erbguts, die Gene, abgelesen. Sie ist also kürzer als die DNA.
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Beschreibe das Spleißen der mRNA.
Tipps
Die Gene der Eukaryoten bestehen aus Introns und Exons.
Nur die Exons codieren für Proteine.
Die RNA nach der Transkription und vor dem Spleißen wird prä-mRNA genannt.
Lösung
Bei der Transkription wird das gesamte Gen abgelesen und in RNA übersetzt. Die enstehende RNA wird auch prä-mRNA genannt, denn sie enthält noch nicht-codierende Bereiche, die Introns. Während des Spleißen werden diese Regionen aus der RNA entfernt. Die entstehende mRNA enthält nur noch die Protein-codierenden Regionen, die Exons.
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Übersetze den genetischen Code.
Tipps
Die prä-mRNA enthält noch Introns, diese werden aber während des Spleißens entfernt.
Die Codesonne wird immer aus der Mitte heraus gelesen, hier einmal für das Basentriplett GUG, welches die Base Val, also Valin ergibt.
Denk dran, beim Ablesen der DNA während der Transkription entstehen als RNA immer die komplementären Basen. Für A zum Beispiel wird also U in die RNA eingebaut.
Lösung
Im ersten Schritt der Proteinbiosynthese, der Transkription, entsteht aus der DNA die prä-mRNA. Ihre Sequenz besteht aus den komplementären Basen der DNA-Sequenz und statt der Base Thymin wird in die RNA Uracil eingebaut.
Im nächsten Schritt, der Prozessierung, wird durch Spleißen das Intron in der Mitte der Sequenz entfernt.
In der Zelle würde die nun entstandene mRNA zunächst aus dem Zellkern zu den Ribosomen transportiert werden. Dort wird sie in eine Aminosäuresequenz übersetzt. In dieser Aufgabe hast du diesen Job mithilfe der Codesonne übernommen. In der Zelle ist dafür die tRNA an den Ribosomen zuständig. Die tRNA besitzt ein Anticodon, welches auf ihr komplementäres Basentriplett passt. Außerdem ist an der tRNA die zum Triplett passende Aminosäure gebunden.
Hallo Kma75034,
es freut uns, dass dir das Video gefallen hat.
Die Aufgabe wird im Lösungstext erklärt.
Durch die Transkription entsteht aus der DNA die prä-mRNA. Ihre Sequenz besteht aus den komplementären Basen der DNA-Sequenz und statt der Base Thymin wird in die RNA die Base Uracil eingebaut.
Im nächsten Schritt, der Prozessierung, werden durch Spleißen die Introns entfernt. Introns sind Abschnitte eines Gens, die keine Informationen für die Erzeugung eine Proteins enthalten.
Beste Grüße aus der Redaktion
Hallo!
Sehr schönes Video! kann man bitte die Aufgabe 5 erklären?! Also wie kommt zum Beispiel auf die mRNA-Sequenz?! Und was bedeutet genauer Intorn?!
Dankeschön, das Video hat mir wirklich weiter geholfen und ich haben alles verstanden. Sie haben alles sehr schön und anschaulich erklärt. Außerdem waren die Merkhilfen auch sehr hilfreich.
Vielen Dank!
Super
Herrliche Eselsbrücken! Dankeschön