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Die Formen und Funktionen von
RNA sind unglaublich vielfältig,
wie wir in dieser Präsentation sehen werden.
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Im ersten Teil werde ich über die Verarbeitung von
RNA und wie RNA bei der Verarbeitung anderer RNAs helfen kann, sprechen.
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Dann werde ich über
RNA-Interferenz,
einem wichtigen Prozess der
eukaryotischen Zellen, bei dem
RNAs wiederum bei der Kontrolle
der Synthese anderer RNAs helfen, reden.
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Und schließlich werde ich Überlegungen
zum genetischen Code anstellen, die Folgendes enthalten;
wie Transfer-RNAs am besten für den
Prozess der Translation vorbereitet werden.
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Die meisten RNAs, die in Zellen existieren,
enden in einer anderen Form, als sie begonnen haben
und dieser Prozess wird RNA-Verarbeitung genannt.
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Die Verarbeitung von RNAs kann in
verschiedener Weise erfolgen. Sie beinhaltet
zum Beispiel chemische Veränderung der Basen.
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Das passiert bei einigen RNAs wie der Transfer-RNA.
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Sie kann auch zur Entfernung, Löschung,
und Veränderung der Basen
innerhalb einer RNA-Sequenz führen, wie wir noch
sehen werden. Enzyme namens RNAsen
sind in den meisten Zellen an der Verarbeitung von
ribosomalen und Transfer-RNAs beteiligt.
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Die ribosomalen RNAs werden normalerweise als
größere Moleküle hergestellt, sogenannte präribosomale RNAs,
und diese werden im
dem Nukleolus von Eukaryoten verarbeitet.
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Es gibt kleine RNAs, die snoRNAs, die bei dieser Verarbeitung helfen,
die ich beschreiben werde.
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Nun werden auch Transfer-RNAs verarbeitet,
aber interessanterweise werden Transfer-RNAs
auf der präribosomalen RNA gebildet, was bedeutet, dass sie
in einigen Fällen mit der ribosomalen RNA hergestellt werden.
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Und die einzelnen Transfer-RNAs werden herausgeschnitten und
dann entsprechend ihrer Funktion modifiziert.
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An der Verarbeitung von Transfer-RNAs
sind eine ganze Reihe von Enzymen beteiligt.
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Aber eines der Enzyme
ist eigentlich kein Enzym.
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Das bedeutet, dass eines der Dinge, die eine Reaktion katalysiert,
eigentlich eine andere RNA, ein Ribozym, ist.
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Dieses Ribozym ist als RNAase P bekannt und
wie wir sehen werden, hilft es bei der Bildung von einem
richtigen 5er-Ende einer Transfer-RNA.
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Nun sind Transfer-RNAs natürlich
die RNA-Moleküle, die
die Aminosäure zum
Ribosom zur Übersetzung transportieren.
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Es handelt sich um Einzelstränge von RNA, die Sie
in der Abbildung oben rechts sehen können,
mit einer 5er-Spitze
und einem Ende mit 3'.
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Das 3'-Ende ist der Teil, der sich
ein wenig weiter rechts auf dem Bild befindet.
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Das 3'-Ende mit dem hochstehenden Teil sind
eigentlich eine spezifische Sequenz, die auf CCA endet
und dass CCA wird durch eine Polymerase hinzugefügt,
nachdem die RNA verarbeitet wurde.
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Chemische Modifikationen der ribosomalen RNAs
und Transfer-RNAs
kommen in Prokaryoten und auch in Eukaryoten vor
und diese chemischen Veränderungen sind
recht häufig. Sie verändern tatsächlich
die Struktur einer
einzelnen Nukleotidbase
innerhalb dieser einzelnen Moleküle.
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Jetzt können Sie zum Beispiel in
dieser Abbildung auf der rechten Seite,
die Umwandlung von Uridin, das
natürlich ein U innerhalb einer Transfer-RNA ist,
zu einem Pseudouridin, wie rechts dargestellt, sehen.
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Und durch diese Umwandlung wurde ein weiterer
Stickstoff zum Ring hinzugefügt, wie Sie sehen können.
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Zusätzlich zu den allgemeinen Modifikationen der ribosomalen RNA,
die das Herausschneiden von Sequenzen beinhalten,
werden auch Modifikationen durch einige kleine nukleare
RNAs, die als snoRNAs bezeichnet werden, vorgenommen.
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Diese kleinen RNAs helfen also dabei, die
ribosomalen RNAs in ihre endgültige Form zu bringen.
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Basenveränderungen, d.h. das eigentliche Editieren
und Veränderung der Basensequenz innerhalb einer RNA,
können auch vorkommen, und dies geschieht in
einigen eukaryotischen Boten-RNAs,
besonders bei den niederen Eukaryoten auf der evolutionären
Stufenleiter. Aber auch beim Menschen kommt sie vor.
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Boten-RNAs in Eukaryonten unterscheiden sich sehr
von Boten-RNAs in Prokaryonten
beim Vergleich der Art und Weise,
wie sie verarbeitet werden.
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Boten-RNAs in Prokaryoten werden
sehr wenig verarbeitet
und der Grund, warum dies geschieht, ist
dass die Übersetzung in Prokaryoten
fast zur gleichen Zeit stattfindet, wie die
Bildung der RNA.
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Und das ist bei Prokaryonten möglich,
denn Prokaryoten haben keinen Zellkern
und Transkription und Translation
finden an der gleichen Stelle statt.
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Bei Eukaryoten findet die Transkription
im Zellkern
und die Translation findet im Zytoplasma statt.
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Zwischen dem Zellkern und dem Zytoplasma
befindet sich eine erhebliche Menge an Platz für
Veränderung, die geschehen kann und geschieht.
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Ich habe hier auf dem Bildschirm eine Darstellung
einer eukaryotischen mRNA gezeichnet und sie enthält
einige dieser Modifikationen,
die ich erwähnt habe.
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Zunächst einmal können wir am 5'-Ende
sehen, dass die eukaryotischen mRNAs
eine Struktur haben, die wir "Kappe" nennen.
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Diese Struktur sehen wir nicht
in einer prokaryotischen Boten-RNA.
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Am 3'-Ende, oder dem anderen Ende der
Boten-RNA, sehen wir einen sogenannten Poly-A-Schwanz.
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Der Poly-A-Schwanz ist die
Addition einer großen Anzahl von
Adeninresten oder Adenosinresten
an das 3'-Ende der eukaryotischen Boten-RNA.
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Diese Polyadenylierung scheint
eine sehr wichtige Rolle
in der Stabilität der Boten-RNA
und auch bei der Verbesserung der
Effizienz der Übersetzung
der Boten-RNA bei ihrer Wechselwirkung mit dem Ribosom zu spielen.
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Die chemische Veränderung am 3'-Ende,
um die Kappe aufzusetzen, ist eine interessante Veränderung.
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Es handelt sich um die Anfügung eines 7-Methyl-
Guanosin an das 5er-Ende der Boten-RNA.
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Aber dieses 7-Methylguanosin
wird auf eine ungewöhnliche Weise hinzugefügt.
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Sie ist in einer Verknüpfung von 5' mit 5' verbunden,
wie Sie auf dem Bild sehen können.
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Diese Verknüpfung von 5' zu 5'
ist in der Biochemie sehr ungewöhnlich
und dies ist die einzige Stelle, an der dies auftritt.
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Und diese Kappe scheint
zwei Funktionen zu erfüllen.
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Erstens schützt es die mRNA vor dem
Abbau durch Nukleasen.
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Zweitens spielt die Kappe eine sehr wichtige Rolle
bei der Einleitung des Übersetzungsprozesses
der Translation im Ribosom.
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Nun dient das Ende der langen Kette,
wie ich schon sagte,
wahrscheinlich dazu, die Boten-RNA zu stabilisieren
und beim Transport zu helfen.
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Es gibt eine Sequenz innerhalb
der Boten-RNA, während sie hergestellt wird,
die AAUAAA lautet.
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Und wenn diese Sequenz vorkommt,
ist das ein Signal für die Zelle,
die RNA zu zerschneiden und
den Poly-A-Schwanz an das Ende der RNA anzuhängen.
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In der Mitte der Boten-RNA sehen wir jetzt
die endgültige Boten-RNA.
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Aber die Prä-Messenger-RNA, die es gab,
kann durchaus auch andere Sequenzen gehabt haben,
die in dieser endgültigen Fassung nicht enthalten sind.
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Die Entfernung dieser anderen Sequenzen
aus den internen Teilen einer RNA,
nennt man Spleißen, und beim Spleißen entsteht ein Produkt,
bei dem diese internen Teile entfernt wurden und das
Endprodukt, wie Sie es auf dem Bildschirm sehen, entsteht.