Wie die Genregulation bei Eukaryoten funktioniert und abläuft, erfährst du hier und in diesem Video !
Inhaltsübersicht
Genregulation bei Eukaryoten — einfach erklärt
Die Genregulation steuert, welche Genprodukte in welcher Menge hergestellt werden. Ein solches Genprodukt kann zum Beispiel ein Protein sein.
Diese Genregulation läuft bei Prokaryoten (z.B. Bakterien) und Eukaryoten (z.B. Menschen) unterschiedlich ab, weil sich ihr Aufbau unterscheidet.
Bei Eukaryoten kann die Genregulation zu verschiedenen Zeitpunkten bei der Proteinherstellung (Proteinbiosynthese) stattfinden. Sie ist vor, während und nach der Transkription (Kopieren der DNA) möglich. Je nach Zeitpunkt gibt es dabei verschiedene Mechanismen, die die Genaktivität regulieren können.
Prinzipiell besitzen alle Körperzellen die gleiche DNA mit den Bauplänen aller möglichen Genprodukte. Je nach Funktion einer Zelle werden aber nur manche davon gebraucht. Um Energie zu sparen, werden die restlichen Stoffe nicht hergestellt. Genregulation steuert also, welche Genprodukte in einer Zelle produziert werden.
Genregulation bei Eukaryoten — Ablauf
Meistens enthalten Gene den Bauplan für Proteine. Deshalb ist die Regulation der Proteinproduktion eines der größten Anwendungsgebiete der Genregulation.
Proteine werden während der Proteinbiosynthese hergestellt, die in die beiden Schritte Transkription und Translation aufgeteilt ist. Bei Prokaryoten passiert beides direkt nacheinander.
Eukaryoten besitzen dagegen einen Zellkern, in dem die Transkription stattfindet. Die Translation spielt sich dagegen im Cytoplasma ab. Deshalb wird die kopierte genetische Information in Form von mRNA zwischen den beiden Schritten aus dem Zellkern transportiert.
Die Genregulation kann bei Eukaryoten dabei vor und während der Transkription, aber auch zwischen Transkription und Translation stattfinden.
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Genregulation vor Transkription
Der erste Zeitpunkt, zu dem eine Genregulation bei Eukaryoten stattfinden kann, ist vor der Transkription. Das ist in Form von zwei Mechanismen möglich: Der Methylierung und der Histon-Modifikation.
Methylierung
Bei der Methylierung spielen bestimmte Enzyme eine Rolle. Sie binden sogenannte Methylgruppen an spezifische Cytosin-Basen in der DNA. Dadurch wird die DNA so verändert, dass die Transkription nicht möglich ist. Das Gen wird also nicht abgelesen und ist „stummgeschaltet“.
Somit kann sicher gestellt werden, dass nur die benötigten Genprodukte gebildet werden.
Histon-Modifikation
Die DNA ist um bestimmte Proteine gewickelt, die sogenannten Histone. Insgesamt nennst du dieses Gebilde Chromatin. Auch hier kann eine Genregulation stattfinden.
Bei der Histon-Modifikation wird die Genaktivität über diese Histone beeinflusst. Es gibt drei verschiedene Moleküle, die an sie binden können. Je nach Molekül kommt es zu unterschiedlichen Auswirkungen.
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Methylierung — Auch an den Histonen ist eine Methylierung möglich. Bindet eine Methylgruppe an die Histone, verdichtet sich die DNA. Eine Transkription ist so nicht mehr möglich und das Gen wird nicht abgelesen. Es wird also auch kein Protein hergestellt.
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Acetylierung — Die Bindung einer Acetylgruppe „lockert“ die DNA. Die genetische Information kann so abgelesen werden — ein Protein wird hergestellt.
- Phosphorylierung — Handelt es sich bei dem bindenden Molekül um eine Phosphatgruppe, wir die DNA ebenfalls gelockert und das Ablesen ermöglicht.
Genregulation während Transkription
Auch während der Transkription ist eine Regulation der Genaktivität möglich. Das passiert dann durch bestimmte Transkriptionsfaktoren. Du unterscheidest zwischen den allgemeinen und den spezifischen Transkriptionsfaktoren.
Allgemeine Transkriptionsfaktoren
Damit die Transkription starten kann, muss die RNA-Polymerase an den Promotor binden. Hier spielen die allgemeinen Transkriptionsfaktoren eine Rolle. Erst wenn sie an den Promotor gebunden haben, kann auch die RNA-Polymerase daran binden und die Transkription beginnen.
Vor dem Promotor befinden sich außerdem bestimmte DNA-Abschnitte. Sie kontrollieren, ob das entsprechende Gen öfter oder seltener abgelesen werden muss. Dabei unterscheidest du zwei verschiedene Abschnitts-Typen:
- Der Enhancer sorgt für eine vermehrte Transkription eines Gens.
- Der Silencer vermindert die Transkription.
Spezifische Transkriptionsfaktoren
Allerdings schaffen das die Enhancer- und Silencer-Abschnitte nicht alleine. Damit sie aktiv werden können, müssen spezifische Transkriptionsfaktoren an sie binden. Du unterscheidest dabei die Aktivatoren (aktivierend) und die Repressoren (hemmend).
Aktivatoren binden hauptsächlich an Enhancer und Repressoren an Silencer. Um die Transkription zu beeinflussen, müssen sie allerdings ebenfalls an die RNA-Polymerase binden.
Ein Aktivator muss also sowohl an einen Enhancer-Abschnitt, als auch an die RNA-Polymerase binden. Der Repressor dagegen an einen Silencer-Abschnitt und die RNA-Polymerase.
Übrigens: Damit die Aktivatoren und Repressoren an die RNA-Polymerase gelangen, wird die DNA mithilfe eines Proteins gebogen. Du sprichst dabei von der Schleifenbildung.
Genregulation zwischen Transkription und Translation
Nach der Transkription liegt in Eukaryoten eine Prä-mRNA vor. Bevor diese für die Translation ins Cytoplasma transportiert werden kann, wird sie in die fertige mRNA umgewandelt. Diesen Schritt nennst du RNA-Prozessierung.
Dabei kommt es auch zum sogenannten Spleißen. Das ist ein Prozess, bei dem Abschnitte aus der DNA geschnitten werden, die keine wichtigen Informationen enthalten. Du nennst sie Introns. Die relevanten Abschnitte heißen Exons.
Beim alternativen Spleißen werden die Exons eines Gens außerdem neu angeordnet. Es ändert sich also der Bauplan auf diesem Gen. Das führt dazu, dass verschiedene mRNAs hergestellt werden können. Es wird eine größere Vielfalt an Proteinen produziert.
Auch während der Translation ist noch eine Genregulation bei Eukaryoten möglich. Es können sich zum Beispiel Phosphatgruppen an bestimmte Proteine an die Initiationsstelle der Translation hängen. Somit kann die Initiation nicht starten und die mRNA nicht übersetzt werden. Es wird also kein Genprodukt hergestellt.
Genregulation bei Eukaryoten — häufigste Fragen
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Genregulation bei Eukaryoten — häufigste Fragen
(ausklappen)-
Was ist ein Genprodukt?Ein Genprodukt ist das Molekül, das aus der Information eines Gens entsteht, wenn das Gen abgelesen wird. Meist ist ein Genprodukt ein Protein. Ein Gen kann aber auch direkt eine funktionsfähige RNA (zum Beispiel rRNA oder tRNA) liefern.
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Was ist die Genaktivität?Genaktivität bedeutet, wie stark ein Gen gerade genutzt wird, also wie viel Genprodukt aus diesem Gen hergestellt wird. Ein Gen ist aktiv, wenn es transkribiert wird und dadurch RNA entsteht. Ein Gen ist inaktiv, wenn es nicht abgelesen wird.
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Was ist der Unterschied zwischen Genexpression und Genregulation?Genexpression ist der Vorgang, bei dem aus einem Gen ein Genprodukt entsteht, zum Beispiel indem das Gen transkribiert und später in ein Protein übersetzt wird. Genregulation ist die Steuerung der Genexpression, also ob, wann und wie stark ein Gen exprimiert wird.
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Was sind Enhancer?Enhancer sind DNA-Abschnitte, die die Transkription eines Gens verstärken. An einen Enhancer bindet ein Aktivator (aktivierender Transkriptionsfaktor), der die RNA-Polymerase beim Starten oder häufigerem Ablesen unterstützt. Dadurch entsteht mehr mRNA und später meist mehr Protein.
Genregulation
Super, jetzt kennst du dich mit der Genregulation bei Eukaryoten aus! Einen Überblick über das gesamte Thema der Genregulation und Einblicke, wie sie bei Prokaryoten abläuft, bekommst du in diesem Video!
