Transcription – DNA, RNA and the Genetic Code

00:01 Das hebe ich mir für ein anderes Modul auf.

00:02 Die Transkription ist der Prozess, bei dem die DNA in RNA umgewandelt wird, und auch dieser Prozess ist ziemlich kompliziert und abhängig von dem System, über das wir sprechen. Anstatt auch an einem ori zu beginnen, beginnt die Replikation der RNA aus der DNA an einer speziellen Sequenz in der DNA, die Promotor genannt wird. Ein Promotor ist also eine Region in der DNA, in der Nähe der Stelle, an der die RNA hergestellt werden soll. Der Prozess erfordert natürlich, die vier Ribonukleotide, ATP, GTP, CTP und UTP. Wir finden wieder die festgelegten Basenpaarungen, wie bei der DNA, wodurch die Sequenz der RNA bestimmt wird, während sie synthetisiert wird.

00:44 Der Prozess benötigt ein Enzym namens RNA-Polymerase. Die RNA-Polymerase funktioniert ähnlich wie die DNA-Polymerase.

00:50 Sie liest einen DNA-Strang ab und erkennt, welche Base sie einbauen muss, um die RNA zu synthetisieren, und sie katalysiert auch Phosphodiester-Bindungen, um die einzelnen Nukleotide miteinander zu verbinden.

01:03 Der Prozess findet in 5'-3'-Richtung statt, also ist diese Ausrichtung, über die ich bereits gesprochen habe, wichtig zu berücksichtigen.

01:16 Sie verläuft in 5'-3'-Richtung, was bedeutet, dass der Strang, der abgelesen wird, in 3'-5'-Richtung, also antiparallel ausgerichtet ist. Im Gegensatz zur DNA-Replikation, bei welcher beide Stränge der Doppelhelix repliziert werden, wird bei der RNA-Synthese nur einer der beiden DNA-Stränge repliziert.

01:37 Ich möchte, dass wir ganz kurz über ein einfaches System der Transkription sprechen, das in Bakterien, Prokaryoten, existiert.

01:44 Der tatsächliche Ablauf im Bakterium ist eigentlich viel komplizierter, als in dieser Darstellung hier.

01:51 Auf dem Bild sehen wir eine doppelsträngige DNA mit einem Bereich, der vorbereitet wird, um transkribiert zu werden, d.h. die RNA soll aus dieser Vorlage erstellt werden.

02:01 Wir sehen zwei Proteine, die miteinander verbunden sind.

02:08 Als erstes sehen wir ein Protein in blau, genannt Sigma-Faktor, über den ich in Kürze sprechen werde.

02:11 RNAP steht für eine RNA-Polymerase, welche eigentlich das Molekül synthetisieren.

02:18 Die Funktion des Sigma-Faktors ist die Erkennung des Promotors, d.h. die Sequenz in der DNA, wo die Transkription beginnen soll. Er führt die RNA-Polymerase zum Promotor und hilft ihr, daran zu binden. Du wirst bemerken, dass die DNA, als Doppelhelix, zwei verschiedene Stränge besitzt, den kodierenden Strang und den Matrizenstrang.

02:42 Der Matrizenstrang ist derjenige, den die RNA-Polymerase beim Kopieren abliest.

02:48 Wir sehen, dass der mit Gen bezeichnete Bereich derjenige ist, an dem die Transkription stattfinden wird.

02:53 Der Promotor ist also die Sequenz, die vom Sigma-Faktor erkannt wird und hat eine spezielle Sequenz.

03:02 Promotoren in der DNA, die von Proteinen erkannt werden können, sind typischerweise A/T-reiche Sequenzen.

03:11 Nun haben A/T-Basenpaare, wie du dich erinnern wirst, weniger Wasserstoffbrückenbindungen. Sie besitzen nur zwei im Gegensatz zu den drei bei G/C-Basenpaaren. Es ist keine Überraschung, dass Promotoren oft A/T-reiche Regionen sind, weil es dort einfacher ist, die Stränge zu trennen.

03:31 Während dem Prozess der Transkription, arbeitet die RNA-Polymerase zwischen den beiden Strängen, wie wir gleich sehen werden.

03:35 Die Stränge müssen also buchstäblich aufgeschmolzen werden.

03:39 Wir können hier sehen, dass der Transkriptionsprozess begonnen hat.

03:43 Die Stränge wurden aufgeschmolzen und die RNA-Polymerase hat begonnen einen RNA-Strang zu synthetisieren.

03:51 Die RNA ist in blau dargestellt und man kann das frei hängende 5'-Ende erkennen.

03:57 Es hat sich gezeigt, dass die RNA während dem Transkriptionsprozess tatsächlich wie eine Art Schwanz von der DNA hängt.

04:04 Der Sigma-Faktor spielt nur während dem Initiationsprozess eine Rolle.

04:10 Nachdem die Transkription in Gang gekommen ist, wird der Sigma-Faktor abgelöst.

04:15 Er sucht sich eine neue RNA-Polymerase und hilft dieser, einen Promotor zu finden.

04:21 Die RNA wird in 5'-3'-Richtung synthetisiert, während der Strang darunter, der antiparallel verläuft, in 3'-5'-Richtung abgelesen wird.

04:34 Die Termination der Transkription ist ein sehr wichtiger Schritt. Während sich die RNA-Polymerase fortbewegt, kopiert sie nicht das gesamte Chromosom als RNA, sondern hört an einer festgelegten Stelle auf.

04:45 Prokaryotische Zellen haben zwei Möglichkeiten zur Termination der Transkription.

04:50 Die erste davon ist wahrscheinlich leichter zu verstehen ist, und wird als Rho-Faktor-Terminierung bezeichnet.

04:57 Der Rho-Faktor ist ein Protein und schnappt sich den RNA-Schwanz, der an der DNA frei hängt, wie ich vorhin gezeigt habe, und klettert buchstäblich den Schwanz hinauf. Er verbraucht dabei Energie aus ATP, um das Klettern zu bewerkstelligen.

05:10 Rho klettert schneller, als die RNA-Polymerase sich fortbewegen kann, was bedeutet, dass Rho letztendlich die RNA-Polymerase erreicht. Wenn er die RNA-Polymerase eingeholt hat, fällt die RNA-Polymerase von der DNA ab und die Transkription wird gestoppt. Eine andere Möglichkeit, die Transkription in prokaryontischen Zellen zu beenden, ist ein Prozess, der als faktorunabhängige Termination bezeichnet wird.

05:38 Die faktorunabhängige Termination benötigt, wie der Name schon sagt, kein Protein, dass die RNA entlang klettert.

05:43 Stattdessen ist sie auf eine spezielle Sequenz auf der neu synthetisierten RNA angewiesen.

05:52 Wenn die RNA-Polymerase auf diese Sequenz trifft und beginnt, sie zu transkribieren, wird diese Sequenz sich interessant verhalten. Sie bildet ein einzelnes oder eine Reihe von Basenpaaren mit sich selbst und bildet eine so genannte Haarnadelstruktur.

06:09 Diese Haarnadelstruktur ist in der Lage die Konformation der RNA-Polymerase physikalisch zu verändern und die RNA-Polymerase fällt infolgedessen von der DNA ab und beendet damit die Transkription.