Core-Enzym
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TRANSKRIPTION I Die Herstellung von RNA bei E-Coli Inhalt • • • • • • • • Aufbau der RNA-Polymerase Promotoren Sigma-Untereinheit Entwindung der DNA Elongation Termination der Transkription Modifizierung der RNA Antibiotika als Transkriptionshemmer E-Coli-RNA-Polymerase • Besteht aus vier Untereinheiten: • αββ‘σ, die insgesamt als Holoenzym bezeichnet werden • Die RNA-Polymerase ohne die σ-Einheit wird Core-Enzym genannt Aufgaben der Sigma-Untereinheit • Auffinden einer Promotorstelle • Initiation der RNASynthese • Anschließende Abdissoziation (RNAPolymerase verbleibt als Core-Enzym) Vergleich zwischen RNA- & DNAPolymerase • Beide haben zwei Metallionen im aktiven Zentrum • Die Gesamtstrukturen hingegen sind sehr unterschiedlich • → die ähnlichen aktiven Zentren sind das Ergebnis konvergenter Evolution Identifizierung der Promotorstellen durch Footprinting Rolle der σ-Untereinheit beim Start der Transkription • Die σ-Untereinheit verringert die Affinität der RNA-Polymerase für gewöhnliche DNASequenzen um den Faktor 10000 • Die σ-Untereinheit ermöglicht die Erkennung von Promotorstellen Adaptation an Umweltbedingungen durch verschiedene σUntereinheiten • Z.B.: Hitze → Synthese von σUntereinheiten, die Promotoren von Hitzeschockgenen erkennen → gesteigertes Ablesen dieser Gene → Synthese von Schutzproteinen • Analoges passiert bei Stickstoffmangel Entwindung der DNA • Ausmaß der negativen Superspiralisierung nimmt mit der Zahl der gebundenen RNA-Polymerasen proportional zu • Negative Superspiralisierung begünstigt i.d.R. die Transkription Initiation/Elongation • RNA-Synthese beginnt ohne Primer (≠ DNA-Synthese) • Die erste Base ist meist pppG oder pppA • Die Kette wächst von 5´nach 3´ (analog DNA-Synthese) Elongation • Beginnt nach Bildung der ersten Phosphodiesterbindung - σ-Untereinheit geht verloren - Region mit RNA-Polymerase & neuentstehender RNA = Transkriptionsblase Transkriptionsblase Fehlende Nucleaseaktivität • Der RNA-Polymerase fehlt eine Nucleaseaktivität → entstandene Fehler in der RNA werden nicht korrigiert • Da die Fehler nicht weitervererbt werden, kann dies toleriert werden Termination durch Stamm-SchleifeStruktur • Einfachstes Signal zum Transkriptionsstopp: GC-reicher Palindromabschnitt gefolgt von einer ATreichen Sequenz → Stamm-Schleifeoder Haarnadelstruktur → gefolgt von einer Sequenz von vier oder mehr UResten Termination mit Hilfe des RhoProteins Chemische Modifizierung der entstandenen RNA • mRNA-Moleküle werden meist gar nicht modifiziert, manche werden sogar schon während der Transkription translatiert • tRNA und rRNA hingegen entsteht erst durch Spaltung und/oder Modifikation der RNA-Kette Möglichkeiten aus einer RNA verschiedene tRNA‘s & rRNA‘s zu erzeugen • Nucleasen schneiden die RNA an unterschiedlichen Stellen • Nucleotide werden an die RNA-Ketten angehängt • Basen oder Riboseeinheiten werden modifiziert, z.B. methyliert Antibiotika als Transkriptionshemmer • Rifampicin hemmt spezifisch die Initiation der RNA-Synthese, indem es die Ausbildungen der ersten Phosphodiesterbindungen einer RNAKette verhindert • Eine bereits laufende Transkription wird durch Rifampicin nicht mehr gestoppt Wirkung von Rifampicin Antibiotika als Transkriptionshemmer • Actinomycin D hemmt die Transkription, indem es an die doppelhelikale DNA bindet und diese darum nicht als Matrize zur RNA-Synthese dienen kann • Da es das Wachstum von Zellen hemmt, ist Actinomycin auch ein Krebstherapeutikum Zusammengefasst: • Die RNA-Polymerase - arbeitet in 5´→3´-Richtung - benötigt keinen Primer - besitzt keine Nucleaseaktivität - besteht aus vier Untereinheiten (αββ‘σ = Holoenzym) - sorgt für die Entwindung der Doppelhelix Zusammengefasst: • RNA-Ketten beginnen gewöhnlich mit pppG oder pppA • Die σ-Einheit dissoziiert nach der Initiation ab ( Core-Enzym verbleibt) • Die Transkription wird gestoppt durch Stammschleife-Strukturen oder RhoProteine • rRNA und tRNA werden modifiziert, die mRNA nicht Zusammengefasst: • Rifampicin hemmt die Initiation der Transkription • Actinomycin bildet einen Komplex mit der doppelsträngigen DNA ≠ Transkription
