Aminosäure
Baustein der →Proteine. Es gibt 20 verschiedene Aminosäuren.
Anticodon
Drei →Basen (z.B. GUA), die sich an einem Ende einer gefalteten →tRNA befinden. Während der →Translation haftet sich das Anticodon an ein passendes →Codon auf der →mRNA (im Beispiel an CAU).
Polymerase
→Enzym, das den Aufbau von →DNA- oder →RNA-Molekülen ermöglicht.
Genom
Gesamtheit der Erbinformation, d.h. aller →Gene, einer →Zelle oder einer Art.
mRNA
Englisch messenger RNA. Einzelsträngige Kopie eines →Gens, welche die Anleitung für den →Proteinaufbau trägt. Auch Boten-RNA genannt.
rRNA
Ribosomale RNA, Bestandteil der →Ribosomen.
siRNA
Englisch small interfering RNA. Kurze →RNA-Stücke die sich an →mRNA binden und durch den Mechanismus der →RNA-Interferenz die Gen-Aktivität regulieren.
Transkription
Umschreibung von →DNA zu →RNA. Auf dem Prinzip der →Basenpaarung beruhende Synthese von einzelsträngiger →RNA, basierend auf der Vorlage doppelsträngiger →DNA.
Transkriptom
Die Gesamtheit der zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer →Zelle vorliegenden →RNA-Moleküle.
tRNA
Transfer-RNA. An eine der 20 verschiedenen →Aminosäuren gebundene →RNA, die sich mit ihrem →Anticodon an ein →Codon auf der →mRNA bindet und so den korrekten Einbau der entsprechenden Aminosäure ins entstehende →Protein sicherstellt.
Zelle
Kleinste selbständig lebensfähige Einheit. Grundelement aller Vielzeller (Mensch, Tiere, Pflanzen).
Zellkern
Umhüllter Bereich im Innern von Tier- und Pflanzenzellen, welcher das genetische Material enthält.
Microarray
DNA-Chip. Liefert Informationen über die →Gen-Aktivität einer →Zelle durch Aufspüren der →mRNAs.
1 Forschung
1.3 Transkriptomik
DNA-Chip:
Zur Untersuchung des Transkriptoms wird auf die DNAChip- Technologie zurückgegriffen (auch
Microarray genannt). Auf einem kleinen Glasplättchen ist jedes Gen als einzelsträngiges DNA-Stück vertreten. Nun wird eine Flüssigkeit - z.B. aus Lebergewebe - über das Plättchen gegossen. Diese enthält sämtliche mRNAs der Leberzelle. Sogleich paaren sich die Leber-mRNAs mit den zugehörigen Genen. Die Gene auf dem Chip, die frei bleiben, wurden in den Leberzellen zum Zeitpunkt ihrer Entnahme nicht zu mRNA transkribiert. Auf dem Chip erscheinen sie schwarz. Spannend ist der Vergleich der aktiven Gene bei der Verabreichung eines Medikaments. Vor und nach Einnahme der Arznei wird ein Chip erstellt und im Computer verglichen. Die Gene, die schon vor der Einnahme des Medikamentes zu mRNA transkribiert wurden, sind rot markiert, neu aktivierte Gene erscheinen grün, und vorher wie nachher aktive Gene leuchten in Gelb.
«Schon seltsam, wir haben gleich viele Gene wie eine Maus.» Imad schaut seinen Kollegen prüfend an. Marcel nickt: «Ja, das ist überraschend. Aber mich fasziniert was mit den abgelesenen Genen alles passiert: zerschnippelt und neu geklebt unterwegs zur Eiweissfabrik. Oder einfach abgefangen und vernichtet! Super, dass in unseren Zellen alles funktioniert!» Imad richtet sich auf. «Hey, zum Glück stellen meine Zellen die richtigen Proteine her. Sonst würde der Blutzuckerspiegel aus dem Ruder laufen. Oder stell dir vor: Trotz vollem Training würden wir keine neuen Muskeln aufbauen!»
Damit zu einem Gen das entsprechende Protein hergestellt werden kann, wird es zuerst in einen Stoff namens RNA abgeschrieben. Dazu hat die
Zelle spezielle Werkzeuge. Dieser Prozess heisst
Transkription und wird vom Enzym
Polymerase durchgeführt. Damit die Polymerase ein Gen auf dem zwei Meter langen DNA-Strang findet, beginnt jedes Gen mit einer Start- Sequenz und endet mit einer Stopp-Sequenz.
Die RNA-Welt: komplex, dynamisch ...
Der Begriff
Transkriptom bezeichnet alle RNAs in einer Zelle. Im Gegensatz zum
Genom ist das Transkriptom vielfältig und dynamisch: Während jede Zelle des Körpers das gleiche Genom besitzt, ist das Transkriptom einer Leber- oder einer Hirnzelle total verschieden. In den beiden Zelltypen sind unterschiedliche Gene angeschaltet. Die in der Zelle vorliegenden RNAs variieren somit stark. Doch damit nicht genug: Die RNA-Welt ist noch komplexer. Während es beim Genom nur eine Sorte DNA gibt, wird die RNA in verschiedene Typen eingeteilt. Die Gen- Kopie wird als
mRNA bezeichnet. «m» steht für «messenger», was Bote bedeutet. Wie ein Kurier eilt sie aus dem
Zellkern hinaus und dient in der Eiweissfabrik als Bauanleitung für das Protein. Doch es gibt auch RNA-Sorten, die nie zu Proteinen umgeschrieben werden. Zu diesen RNAs gehören die ribosomalen RNAs (
rRNA) und die transfer RNAs (
tRNA).
... und unentbehrlich
Die Forschung entdeckt immer mehr RNA-Sorten. Beispielsweise
siRNAs oder snRNAs. Die snRNAs heissen mit vollem Namen small nuclear RNAs. Wie ihr Name sagt, sind sie ziemlich klein und im Innern des Zellkerns angesiedelt. Die Abkürzung siRNA steht für small interfering RNA. Diese RNAs können unter bestimmten Umständen die Zerstörung von mRNA veranlassen. Die Erforschung der Welt der RNA steht erst in ihren Anfängen. Es ist heute noch unklar, wie die Zelle sicherstellt, dass jederzeit die richtigen RNAs am richtigen Ort und in der richtigen Menge ihre anstehenden Aufgaben erfüllen. Diese Regulationsmechanismen besser zu verstehen, ist eine Herausforderung für die Forschenden.
Fahre mit der Maus über die roten Titel!
1. Die Kuriere - mRNA
Jede lebende Zelle liest fortlaufend Gene ab und schreibt sie zu mRNA um. Dieser Vorgang der Transkription geschieht im Zellkern. Im Gegensatz zur zwei Meter langen DNA sind die mRNA-Moleküle nur so lang wie ein einzelnes Gen. Von einem benötigten Gen werden viele mRNA-Kopien hergestellt, die zur Eiweissfabrik, dem Ribosom, wandern.
2. Gene verstummen lassen - siRNA
Die siRNAs üben eine Kontrollfunktion aus und fangen bestimmte mRNAs ab. Sie gehen mit passenden Abschnitten auf der mRNA Basenpaarungen ein. Dadurch wird die mRNA blockiert und schliesslich abgebaut. Dieser Mechanismus heisst RNA-Interferenz. siRNAs können also Gene verstummen lassen.
3. Hilfsgefährten der mRNA - snRNA
Die snRNAs helfen den mRNAs bei der Reifung. Denn mRNAs sind nur zu Beginn gleich lang wie die abgeschriebenen Gene. Durch den Prozess des Spleissens werden sie verändert: Unbenötigte Abschnitte werden herausgeschnitten. Die snRNAs bilden dazu Strukturen, welche die mRNA an der richtigen Stelle festhalten und schneiden. Da unterschiedliche Abschnitte herausgeschnitten werden können, gibt es ausgehend von einem Gen mehrere verschiedene, reife mRNAs.
4. Bausteine der Eiweissfabrik - rRNA
rRNAs sind Teile der Proteinfabriken, der sogenannten Ribosome. Alle Lebewesen haben Gene für rRNA-Moleküle. Diese werden immer wieder abgeschrieben, damit die Zelle genügend Bauteile für den Aufbau neuer Proteinfabriken hat.
5. Die Aminosäure-Schlepper - tRNA
Die tRNAs sind eine besonders raffinierte Sorte RNA. Sie sind am einen Ende so gestaltet, dass drei RNA-Bausteine herausragen. Man nennt sie
Anticodon. Es gibt tRNAs mit allen möglichen Dreier-Variationen, z.B. AAG oder GCU. Die RNA-Base «U» entspricht dem Baustein «T» in der DNA. Dank ihrer Struktur können tRNAs an ihrem anderen Ende eine
Aminosäure festhalten. Es gibt 20 verschiedene Aminosäuren. Sie sind die Elemente, aus denen alle Proteine aufgebaut sind. Jedes tRNA-Molekül angelt sich die Aminosäure, die zu seinem Dreiercode gehört, bei AAG ist das Lysin und bei GCU Alanin. Nun folgt der entscheidende Kniff: Ein Anticodon kann sich an drei passende Basen auf der mRNA binden, AAG dockt also an ein TTC auf der mRNA an. So kann die Botschaft auf der mRNA Stück für Stück in die richtige Aminosäuren-Reihenfolge übersetzt werden. Im Ribosom werden die Aminosäuren miteinander verknüpft. Die entstehende Kette faltet sich zum fertigen Protein.
Weiterführende Links
© 2009
, Postfach, 3000 Bern 14 - Tel.: +41 31 356 73 84, Fax +41 31 356 73 01
Letzte Änderung: 2008-11-21 10:48:49
