Transkription

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 15. März 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Der Vorgang der Transkription beinhaltet in der Biologie den Prozess der Replikation eines Teilstücks eines DNA-Stranges in einen Messenger-RNA-Strang (mRNA). Die mRNA enthält dann die zum Teilstück der DNA komplementäre Nukleinbasensequenz. Die anschließende Transkription erfolgt bei allen Eukaryoten, also auch beim Menschen, innerhalb des Zellkerns, während die anschließende Translation, die Übersetzung der mRNA in ein konkretes Protein im Cytoplasma, an den Ribosomen stattfindet.

Was ist die Transkription?

Der Vorgang der Transkription beinhaltet in der Biologie den Prozess der Replikation eines Teilstücks eines DNA-Stranges in einen Messenger-RNA-Strang (mRNA).

Der Transkriptionsprozess stellt die erste Stufe der Umsetzung genetischer Information in Proteine dar. Es handelt sich im Gegensatz zur Replikation nicht um die Herstellung einer Kopie des gesamten Genoms, sondern immer nur um bestimmte Teilstücke eines DNA-Strangs.

An einem bestimmten Abschnitt eines DNA-Strangs wird zunächst die Bindung zu seinem komplementären Teilstrang in der Doppelhelix durch Aufhebung der Wasserstoffbrücken aufgelöst. An dem zu kopierenden Bereich entsteht durch Anlagerung freier RNA-Nukleotide ein neues komplementäres Teilstück, das allerdings aus Ribonukleinsäuren besteht und nicht aus Desoxyribonukleinsäuren wie bei der DNA.

Das so entstandene RNA-Teilstück ist praktisch die Arbeitskopie des DNA-Teilstücks und wird als Messenger-RNA (mRNA) bezeichnet. Die mRNA, die innerhalb des Zellkerns entsteht, spaltet sich von der DNA ab und wird durch die Zellkernmembran in das Cytosol befördert, wo die Translation, die Umsetzung der RNA-Codons in die entsprechende Aminosäurensequenz, also die Synthese des Proteins, stattfindet.

Dreiersequenz (Triplet) von Nukleinbasen auf der mRNA, Codon genannt, bestimmen dabei jeweils eine Aminosäure. Gemäß der Reihenfolge der mRNA-Codons werden die entsprechenden Aminosäuren über Peptidbindungen zu Polypeptiden und Proteinen zusammengesetzt.

Funktion & Aufgabe

Die Funktion der Transkription besteht in der Anfertigung eines mRNA-Stranges, deren Nukleinbasen – in diesem Fall Ribonukleinbasen und nicht Desoxyribonukleinbasen – dem komplementären Muster des exprimierten DNA-Abschnitts entsprechen. Die erzeugte mRNA entspricht damit einer Art Negativmatrize des exprimierten Genabschnitts, die zur einmaligen Synthese des codierten Proteins verwendet werden kann und danach wieder recycelt wird.

Der zweite Hauptprozess zur Umsetzung der genetischen Information in konkrete Proteine ist die Translation, in deren Verlauf Aminosäuren gemäß der Codierung der mRNA zu Proteinen aneinandergereiht und peptidisch miteinander verknüpft werden.

Die Transkription ermöglicht es, genetische Informationen selektiv abzulesen und in Form komplementärer Kopien aus dem Zellkern hinaus in das Cytosol zu transportieren und, unabhängig vom entsprechenden DNA-Abschnitt, die Proteine aufzubauen.

Einer der Vorteile der Transkription liegt darin, dass Teilbereiche eines einzelnen DNA-Stranges für die Anfertigung der mRNA exprimiert werden können, ohne dass das gesamte Gen ständigen physiologischen Milieuveränderungen ausgesetzt werden muss und dadurch Gefahr läuft, zu mutieren oder anderweitig seine Eigenschaften zu verändern.

Ein weiterer Vorteil der Transkription liegt im sogenannten Splicing und in weiteren Arten von Processing der mRNA. Die mRNA wird durch den Vorgang des Splicing zunächst von sogenannten Introns befreit, von funktionslosen Codons, die keine Aminosäuren codieren. Zusätzlich können mittels des Enzyms Poly(A)-Polymerase an die mRNA Adenin-Nukleotide angehängt werden.

Bei Menschen, wie auch bei anderen Säugetieren, besteht dieses Anhängsel, das Poly(A)-Schwanz genannt wird, aus etwa 250 Nukleotiden. Der Poly(A)-Schwanz verkürzt sich mit zunehmendem Alter des mRNA-Moleküls und bestimmt dessen biologische Halbwertszeit. Wenn auch nicht alle Funktionen und Aufgaben des Poly(A)-Schwanzes hinreichend bekannt sind, erscheint zumindest gesichert, dass er das mRNA-Molekül vor Abbau schützt und die Umsetzbarkeit (Translatierbarkeit) in ein Protein verbessert.

Krankheiten & Beschwerden

Schätzungen gehen davon aus, dass ein derartiger Kopierfehler bei etwa jeder Eintausendsten Kopie auftritt. In beiden Fällen wird ein Protein synthetisiert, das an mindestens einer Stelle eine nicht vorgesehene Aminosäure integriert. Das Spektrum der Auswirkungen reicht von 'nicht spürbar' bis hin zum Totalausfall des synthetisierten Proteins.

Falls es bei der Replikation oder durch andere Umstände zur Genmutation kommt, wird die mutierte Nukleinbasensequenz transkribiert, da der Vorgang der Transkription nicht etwa auch eine Prüfung der Codons auf „Korrektheit“ beinhaltet.

Jedoch verfügt der Körper über einen ausgeprägten DNA-Reparaturmechanismus, an dem beim Menschen mehr als 100 Gene beteiligt sind. Der Mechanismus besteht in einem ausgeklügelten System einer sofortigen Reparatur der Genmutation oder im Ersatz einer beschädigten Nukleinbasensequenz oder aber in der Minimierung der Auswirkungen, falls die beiden ersteren Möglichkeiten ausscheiden.

Die Tatsache, dass die Transkription ohne vorherige Prüfung der Gene erfolgt, birgt die Gefahr in sich, dass auch die Transkription an der Verbreitung von Viren beteiligt sein kann, wenn die Viren ihre eigene DNA in die Wirtszelle einschleusen und die Wirtszelle dazu veranlassen, das Genom der Viren, oder Teile daraus, per Replikation oder Transkription zu vervielfältigen. Diese können dann entsprechende Krankheit auslösen. Das gilt prinzipiell für alle Arten von Viren.

Quellen

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