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10.2: Übersicht Transkription - Biologie

10.2: Übersicht Transkription - Biologie


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A. Die wichtigsten Arten von zellulärer RNA

Alle Zellen produzieren drei Hauptarten von RNA: ribosomale RNA (rRNA), Transfer-RNA (tRNA) und Boten-RNA (mRNA). rRNA ist sowohl struktureller als auch enzymatischer Bestandteil von Ribosomen, der Protein-Synthesemaschine in der Zelle. Quantitativ gesehen sind rRNAs bei weitem die am häufigsten vorkommenden RNAs in der Zelle und mRNAs am wenigsten. Drei rRNAs und etwa 50 ribosomale Proteine ​​bilden die beiden Untereinheiten eines bakteriellen Ribosoms, wie unten dargestellt.

tRNAs sind die Dekodierungsgeräte in der Proteinsynthese verwendet (Übersetzung) um Nukleinsäuresequenzinformationen in die Aminosäuresequenzen von Polypeptiden umzuwandeln. An Aminosäuren gebundene tRNAs werden basierend auf der Codonanticodon-Erkennung auf Ribosomen positioniert, wie unten gezeigt.

Während der Translation entschlüsseln tRNAs Basensequenzen in Boten-RNA (mRNAs) in Aminosäuresequenzen von Polypeptiden.

2009 erhielten Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz und ADA Yonath für ihre Studien zur Struktur und Molekularbiologie des Ribosoms den Nobelpreis für Chemie. Dr. Yonath ist eine von fünf Nobelpreisträgerinnen – die anderen waren Marie Curie, Irène Joliot-Curie, Dorothy Hodgkin und Barbara Mclintock.

Die Tatsache, dass sich Gene innerhalb des eukaryotischen Kerns befinden und die Synthese von Polypeptiden, die von diesen Genen kodiert werden, im Zytoplasma stattfindet, führte zu dem Vorschlag, dass es eine Boten-RNA (mRNA) geben muss. Sidney Brenner bestätigte schließlich die Existenz von mRNAs. Schauen Sie sich seinen Klassiker an Experiment in Brenner S (1961, Ein instabiles Zwischenprodukt, das Informationen von Genen zu Ribosomen für die Proteinsynthese transportiert. Natur 190:576–581).

Erinnern Sie sich an die Polypeptidsynthese durch die Bildung von Polyribosomen (Polysomen) entlang einer einzelnen mRNA, wie unten dargestellt.

Während mRNA ein kleiner Bruchteil der gesamten zellulären RNA ist, gibt es noch kleinere Mengen anderer RNAs wie die transienten Primer, die wir bei der DNA-Replikation gesehen haben. Wir werden später noch anderen Arten von RNAs mit geringer Häufigkeit begegnen.

B. Wichtige Schritte der Transkription

In der Transkription, an RNA-Polymerase verwendet den Matrizen-DNA-Strang eines Gens, um die Synthese eines komplementären, antiparallelen RNA-Strangs zu katalysieren. RNA-Polymerasen verwenden Ribose-Nukleotid-Triphosphat (NTP)-Vorläufer, im Gegensatz zu DNA-Polymerasen, die Desoxyribosenukleotid (dNTP)-Vorstufen. Darüber hinaus enthalten RNAs uracil (U) Nukleotide in RNA-Stränge anstelle der Thymin (T) Nukleotide, die in neuer DNA enden. Ein weiterer Gegensatz zur Replikation – die RNA-Synthese benötigt keinen Primer. Mithilfe von Transkriptionsinitiationsfaktoren lokalisiert die RNA-Polymerase die Transkriptionsstartseite eines Gens und beginnt von Grund auf mit der Synthese eines neuen RNA-Strangs. Schließlich ist die Transkription wie die Replikation fehleranfällig.

Die grundlegenden Schritte der Transkription sind auf der nächsten Seite zusammengefasst. Hier können wir mehrere der DNA-Sequenzen identifizieren, die ein Gen charakterisieren. Die Promoter ist die Bindungsstelle für die RNA-Polymerase. Es liegt normalerweise 5 'zu, oder stromaufwärts der Transkriptionsstartstelle (der gebogene Pfeil). Die Bindung der RNA-Polymerase positioniert das Enzym nahe der Transkriptionsstartstelle, wo es beginnt, die Doppelhelix abzuwickeln und mit der Synthese neuer RNA zu beginnen. Die transkribierte graue DNA-Region in jedem der drei Felder sind die Transkriptionseinheit des Gens. Terminationsstellen befinden sich typischerweise 3' von oder stromabwärts von der transkribierten Region des Gens. Vereinbarungs, stromaufwärts bezieht sich auf DNA 5' zu einem gegebenen Referenzpunkt auf der DNA (z. B. die Transkriptionsstartstelle eines Gens). Stromabwärts verweist dann auf DNA 3' zu einem bestimmten Referenzpunkt auf der DNA.

In Bakterien kodieren einige Transkriptionseinheiten mehr als eine Art von RNA. Bakterielle Operons sind ein Beispiel für dieses Phänomen. Die resultierenden mRNAs können gleichzeitig in mehrere Polypeptide translatiert werden. In der Abbildung unten transkribiert die RNA-Polymerase ein einzelnes mRNA-Molekül, das für drei separate Polypeptide kodiert.

Die bakterielle Transkription der verschiedenen RNAs erfordert nur eine RNA-Polymerase. Verschiedene RNA-Polymerasen katalysieren die Transkription von rRNA, mRNA und tRNA in Eukaryoten. Roger Kornberg erhielt 2006 den Nobelpreis für Medizin für seine Entdeckung der Rolle des RNA-Polymerase II und andere Proteine, die an der eukaryotischen Boten-RNA-Transkription beteiligt sind (wie der vaterähnliche Sohn!!).

Während mRNAs, rRNAs und tRNAs das meiste sind, was Zellen transkribieren, wird eine wachsende Zahl anderer RNAs (z. siRNAs, miRNAs, lncRNAs…) werden ebenfalls transkribiert. Einige Funktionen dieser Transkripte (einschließlich der Kontrolle der Genexpression oder anderer Transkriptverwendung) werden an anderer Stelle diskutiert.

C. RNAs werden nach der Transkription in Eukaryoten umfangreich verarbeitet

Viele eukaryotische RNAs werden von großen Vorläufer-RNAs zu reifen, funktionellen RNAs prozessiert (getrimmt, chemisch modifiziert). Diese Vorläufer-RNAs (Prä-RNAs oder Primärtranskripte) enthalten in ihren Sequenzen die für ihre Funktion in der Zelle notwendigen Informationen.

Die Verarbeitung der drei Haupttypen von Transkripten in Eukaryoten wird unten gezeigt.

Um die Illustration zusammenzufassen:

  1. Viele eukaryotische Gene sind in kodierende Regionen (Exons) und nicht-kodierende dazwischenliegende Regionen (Introns) „aufgeteilt“.
  2. Die Transkription von gespaltenen Genen erzeugt ein primäres mRNA-Transkript (Prä-mRNA).
  3. Primäre Transkripte werden gespleißt, um die Introns von den Exons zu entfernen; Exons werden dann in eine kontinuierliche mRNA ligiert. In einigen Fällen wird dieselbe Prä-mRNA in alternative mRNAs gespleißt, die verwandte, aber nicht identische Polypeptide kodieren!
  4. Prä-rRNA wird gespalten und/oder getrimmt (nicht gespleißt!), um kürzere reife rRNAs zu erhalten.
  5. Prä-tRNAs werden getrimmt, einige Basen innerhalb des Transkripts werden modifiziert und 3 Basen (die nicht vom tRNA-Gen kodiert werden) werden enzymatisch an das 3’-Ende angefügt.

Die Details der Transkription und Verarbeitung unterscheiden sich bei Prokaryoten und Eukaryoten erheblich. Konzentrieren wir uns zuerst auf Details der Transkription selbst und dann auf die RNA-Verarbeitung.


TFEB Biologie und Agonisten auf einen Blick

Autophagie ist ein kritischer Regulator des zellulären Überlebens, der Differenzierung, Entwicklung und Homöostase, deren Fehlregulation mit verschiedenen Krankheiten, einschließlich Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen, in Verbindung gebracht wird. Transkriptionsfaktor EB (TFEB), ein Haupttranskriptionsregulator der Autophagie und des Lysosoms, kann die autophagische und lysosomale Biogenese und Funktion verbessern. TFEB hat aufgrund seiner Fähigkeit, die intrazelluläre Clearance pathogener Faktoren in einer Vielzahl von Krankheitsmodellen zu induzieren, viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, was darauf hindeutet, dass neue therapeutische Strategien auf der Modulation der TFEB-Aktivität basieren könnten. Daher sind TFEB-Agonisten eine vielversprechende Strategie zur Linderung von Krankheiten, die mit Autophagie-Dysfunktion in Verbindung stehen. Vor kurzem wurden mehrere TFEB-Agonisten identifiziert und präklinische oder klinische Studien durchgeführt. In diesem Review präsentieren wir einen Überblick über die neueste Forschung zu TFEB-Biologie und TFEB-Agonisten.

Schlüsselwörter: TFEB-Agonisten Autophagie Lysosom Rapamycin Resveratrol.

Interessenkonflikt-Erklärung

Die Autoren geben keinen Interessenkonflikt an.

Figuren

Schematische Darstellung der Mechanismen von TFEB…

Schematische Darstellung der Mechanismen von TFEB-Agonisten. Das Schema zeigt das Modell von Ca…


Kapitelzusammenfassung

Prokaryoten haben ein einzelnes kreisförmiges Chromosom, das aus doppelsträngiger DNA besteht, während Eukaryoten mehrere, lineare Chromosomen haben, die aus Chromatin bestehen, das um Histone gewickelt ist, die alle von einer Kernmembran umgeben sind. Die 46 Chromosomen menschlicher Körperzellen bestehen aus 22 Paaren von Autosomen (matched pairs) und einem Paar von Geschlechtschromosomen, die übereinstimmen können oder nicht. Das ist die 2n oder diploider Zustand. Menschliche Gameten haben 23 Chromosomen oder einen vollständigen Chromosomensatz Ein Chromosomensatz ist komplett mit einem der Geschlechtschromosomen X oder Y. Dies ist der n oder haploiden Zustand. Gene sind DNA-Abschnitte, die für ein bestimmtes funktionelles Molekül (ein Protein oder eine RNA) kodieren. Die Merkmale eines Organismus werden durch die Gene bestimmt, die von jedem Elternteil geerbt werden. Duplizierte Chromosomen bestehen aus zwei Schwesterchromatiden. Chromosomen werden in bestimmten Stadien des Zellzyklus durch verschiedene Mechanismen verdichtet. Mehrere Proteinklassen sind an der Organisation und Verpackung der chromosomalen DNA in eine hochkondensierte Struktur beteiligt. Der kondensierende Komplex verdichtet Chromosomen, und die resultierende kondensierte Struktur ist für die chromosomale Segregation während der Mitose notwendig.

10.2 Der Zellzyklus

Der Zellzyklus ist eine geordnete Abfolge von Ereignissen. Zellen auf dem Weg zur Zellteilung durchlaufen eine Reihe von zeitlich genau abgestimmten und sorgfältig regulierten Phasen. Bei Eukaryoten besteht der Zellzyklus aus einer langen Vorbereitungsphase, der sogenannten Interphase, in der Chromosomen repliziert werden. Interphase ist unterteilt in G1, S und G2 Phasen. Die mitotische Phase beginnt mit der Karyokinese (Mitose), die aus fünf Phasen besteht: Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Das letzte Stadium des Zellteilungsprozesses, das manchmal auch als das letzte Stadium der mitotischen Phase angesehen wird, ist die Zytokinese, bei der die zytoplasmatischen Komponenten der Tochterzellen entweder durch einen Aktinring (tierische Zellen) oder durch Zellplattenbildung getrennt werden ( Pflanzenzellen).

10.3 Kontrolle des Zellzyklus

Jeder Schritt des Zellzyklus wird durch interne Kontrollen überwacht, die als Checkpoints bezeichnet werden. Es gibt drei wichtige Kontrollpunkte im Zellzyklus: einen am Ende von G1, eine Sekunde am G2/M-Übergang und der dritte während der Metaphase. Positive Regulatormoleküle ermöglichen dem Zellzyklus, zur nächsten Stufe der Zellteilung vorzudringen. Negative Regulatormoleküle überwachen den Zellzustand und können den Zyklus anhalten, bis bestimmte Anforderungen erfüllt sind.

10.4 Krebs und der Zellzyklus

Krebs ist das Ergebnis einer unkontrollierten Zellteilung, die durch einen Zusammenbruch der Mechanismen verursacht wird, die den Zellzyklus regulieren. Der Kontrollverlust beginnt mit einer Veränderung der DNA-Sequenz eines Gens, das für eines der regulatorischen Moleküle kodiert. Fehlerhafte Anweisungen führen zu einem Protein, das nicht so funktioniert, wie es sollte. Jede Störung des Überwachungssystems kann dazu führen, dass andere Fehler an die Tochterzellen weitergegeben werden. Jede aufeinanderfolgende Zellteilung führt zu Tochterzellen mit noch mehr akkumulierten Schäden. Schließlich werden alle Kontrollpunkte funktionsunfähig und schnell reproduzierende Zellen verdrängen normale Zellen, was zu einem Tumor oder einer Leukämie (Blutkrebs) führt.

10.5 Prokaryontische Zellteilung

Sowohl bei der prokaryontischen als auch bei der eukaryontischen Zellteilung wird die genomische DNA repliziert und dann jede Kopie einer Tochterzelle zugeordnet. Außerdem wird der zytoplasmatische Inhalt gleichmäßig verteilt und auf die neuen Zellen verteilt. Es gibt jedoch viele Unterschiede zwischen prokaryontischer und eukaryontischer Zellteilung. Bakterien haben ein einzelnes, zirkuläres DNA-Chromosom, aber keinen Zellkern. Daher ist eine Mitose (Karyokinese) bei der bakteriellen Zellteilung nicht notwendig. Bakterielle Zytokinese wird durch einen Ring gesteuert, der aus einem Protein namens FtsZ besteht. Das Einwachsen von Membran- und Zellwandmaterial aus der Peripherie der Zellen führt zur Bildung eines Septums, das schließlich die separaten Zellwände der Tochterzellen aufbaut.


10.2: Übersicht Transkription - Biologie

Nichts in der Biologie macht Sinn, außer im Licht der Evolution

Noch 1966 forderte Scheich Abd el Aziz bin Baz den König von Saudi-Arabien auf, eine Ketzerei zu unterdrücken, die sich in seinem Land ausbreitete. Der Scheich schrieb:

„Der Heilige Koran, die Lehren des Propheten, die Mehrheit der islamischen Wissenschaftler und die tatsächlichen Tatsachen beweisen alle, dass die Sonne in ihrer Umlaufbahn läuft und dass die Erde fest und stabil ist, von Gott für seine Menschheit ausgebreitet andernfalls würde er gegenüber Gott, dem Koran und dem Propheten eine Anklage der Falschheit erheben."

Der gute Scheich hält die kopernikanische Theorie offenbar für eine »bloße Theorie«, nicht für eine »Tatsache«. Damit liegt er technisch richtig. Eine Theorie kann durch eine Masse von Fakten verifiziert werden, aber sie wird zu einer bewiesenen Theorie, nicht zu einer Tatsache. Der Scheich wusste vielleicht nicht, dass das Weltraumzeitalter begonnen hatte, bevor er den König bat, die kopernikanische Ketzerei zu unterdrücken. Die Kugelform der Erde wurde von Astronauten und sogar von vielen erdgebundenen Menschen auf ihren Fernsehbildschirmen gesehen. Vielleicht könnte der Scheich erwidern, dass diejenigen, die sich über die Grenzen von Gottes Erde hinauswagen, an Halluzinationen leiden und dass die Erde wirklich flach ist.

Teile des kopernikanischen Weltmodells, wie die Behauptung, dass sich die Erde um die Sonne dreht und nicht umgekehrt, wurden durch direkte Beobachtungen nicht einmal in dem Maße bestätigt, wie dies die Kugelförmigkeit der Erde war. Wissenschaftler akzeptieren das Modell jedoch als genaue Darstellung der Realität. Wieso den? Denn es macht Sinn für eine Vielzahl von Fakten, die sonst bedeutungslos oder extravagant sind. Für Nicht-Spezialisten sind die meisten dieser Fakten ungewohnt. Warum akzeptieren wir dann die "bloße Theorie", dass die Erde eine Kugel ist, die sich um eine kugelförmige Sonne dreht? Unterwerfen wir uns einfach der Autorität? Nicht ganz: Wir wissen, dass diejenigen, die sich die Zeit nahmen, die Beweise zu studieren, sie überzeugend fanden.

Der gute Scheich kennt die Beweise wahrscheinlich nicht. Noch wahrscheinlicher ist, dass er so hoffnungslos voreingenommen ist, dass ihn keine Beweise beeindrucken würden. Jedenfalls wäre es reine Zeitverschwendung, ihn überzeugen zu wollen. Der Koran und die Bibel widersprechen weder Kopernikus noch Kopernikus. Es ist lächerlich, Bibel und Koran mit naturwissenschaftlichen Grundlagen zu verwechseln. Sie behandeln noch wichtigere Dinge: die Bedeutung des Menschen und seine Beziehung zu Gott. Sie sind in poetischen Symbolen geschrieben, die sowohl für die Menschen der Zeit, als sie geschrieben wurden, als auch für die Völker aller anderen Zeiten verständlich waren. Der König von Arabien kam der Forderung des Scheichs nicht nach. Er wusste, dass manche Menschen die Aufklärung fürchten, weil sie ihre eigenen Interessen bedroht. Bildung darf nicht verwendet werden, um Obskurantismus zu fördern.

Die Erde ist nicht das geometrische Zentrum des Universums, obwohl es sein spirituelles Zentrum sein kann. Es ist nur ein Staubkorn in den kosmischen Räumen. Entgegen den Berechnungen von Bischof Ussher erschien die Welt im Jahr 4004 v. Chr. nicht annähernd in ihrem heutigen Zustand. Die von modernen Kosmologen abgegebenen Schätzungen des Alters des Universums sind immer noch nur grobe Näherungen, die mit der Verfeinerung der Schätzungsmethoden (meist nach oben) revidiert werden. Einige Kosmologen gehen davon aus, dass das Universum etwa 10 Milliarden Jahre alt ist, andere vermuten, dass es ewig existiert hat und weiterhin existieren wird. Der Ursprung des Lebens auf der Erde wird vorläufig zwischen 3 und 5 Milliarden Jahren datiert. Menschenähnliche Wesen erschienen relativ erst vor relativ kurzer Zeit, zwischen 2 und 4 Millionen Jahren. Die Schätzungen des Alters der Erde, der Dauer des geologischen und paläontologischen Zeitalters und des Altertums der Vorfahren des Menschen basieren heute hauptsächlich auf radiometrischen Nachweisen der Isotopenanteile bestimmter chemischer Elemente in Gesteinen, die für solche Untersuchungen geeignet sind.

Shiek bin Baz und seinesgleichen weigern sich, die radiometrischen Beweise zu akzeptieren, weil es sich um eine "bloße Theorie" handelt. Was ist die Alternative? Man kann annehmen, dass der Schöpfer es für angebracht hielt, Geologen und Biologen betrügerische Streiche zu spielen. Er arrangierte sorgfältig, dass verschiedene Gesteine ​​mit genau richtigen Isotopenverhältnissen versehen wurden, um uns zu der Annahme zu verleiten, dass bestimmte Gesteine ​​2 Milliarden Jahre alt sind, andere 2 Millionen, was in Wirklichkeit nur etwa 6000 Jahre alt ist. Diese Art der Pseudo-Erklärung ist nicht sehr neu. Einer der frühen Anti-Evolutionisten, P. H. Gosse, veröffentlichte ein Buch mit dem Titel Omphalos ("der Bauchnabel"). Der Kern dieses erstaunlichen Buches ist, dass Adam, obwohl er keine Mutter hatte, mit einem Nabel erschaffen wurde und dass Fossilien vom Schöpfer dort platziert wurden, wo wir sie jetzt finden – eine bewusste Handlung von Seiner Seite, um den Anschein von Großartigem zu erwecken Antike und geologische Umbrüche. Es ist leicht, den fatalen Fehler in all diesen Begriffen zu erkennen. Es sind Gotteslästerungen, die Gott absurden Betrug vorwerfen. Das ist ebenso abstoßend wie unangebracht.

Vielfalt der Lebewesen

Die Vielfalt und die Einheit des Lebens sind gleichermaßen markante und bedeutsame Aspekte der Lebenswelt. Zwischen 1,5 und 2 Millionen Tier- und Pflanzenarten wurden beschrieben und untersucht, die Zahl der noch zu beschreibenden dürfte ebenso groß sein. Die Vielfalt an Größen, Strukturen und Lebensweisen ist überwältigend, aber faszinierend. Hier sind nur einige Beispiele.

Das Maul- und Klauenseuche-Virus ist eine Kugel mit einem Durchmesser von 8-12 mm. Der Blauwal erreicht eine Länge von 30 m und ein Gewicht von 135 t. Die einfachsten Viren sind Parasiten in Zellen anderer Organismen, reduziert auf das Allernotwendigste an DNA oder RNA, die die biochemische Maschinerie der Wirtszellen unterwandern, um ihre genetische Information zu replizieren, anstatt die des Wirts.

Es ist Ansichts- oder Definitionssache, ob Viren als lebende Organismen oder als eigentümliche chemische Substanzen angesehen werden. Dass es solche Meinungsverschiedenheiten geben kann, ist an sich schon von großer Bedeutung. Es bedeutet, dass die Grenze zwischen lebender und unbelebter Materie verwischt wird. Am anderen Ende des Komplexitätsspektrums der Einfachheit stehen Wirbeltiere, einschließlich des Menschen. Das menschliche Gehirn hat etwa 12 Milliarden Neuronen, die Synapsen zwischen den Neuronen sind vielleicht tausendmal zahlreich.

Einige Organismen leben in einer großen Vielfalt von Umgebungen. Der Mensch steht in dieser Hinsicht ganz oben auf der Skala. Er ist nicht nur eine wahrhaft kosmopolitische Spezies, sondern kann aufgrund seiner technologischen Errungenschaften zumindest für eine begrenzte Zeit auf der Mondoberfläche und in kosmischen Räumen überleben. Im Gegensatz dazu sind einige Organismen erstaunlich spezialisiert. Die vielleicht engste ökologische Nische von allen ist die einer Art der Pilzfamilie Laboulbeniaceae, die ausschließlich auf dem hinteren Teil der Flügeldecken des Käfers wächst Aphenops cronei, die nur in einigen Kalksteinhöhlen in Südfrankreich gefunden wird. Larven der Fliege Psilopa Petroleum in Versickerungen von Rohöl in kalifornischen Ölfeldern entstehen, soweit bekannt, dass sie nirgendwo anders vorkommen. Dies ist das einzige Insekt, das in der Lage ist, in Öl zu leben und sich zu ernähren, und sein Erwachsener kann nur so lange auf der Oberfläche des Öls laufen, wie kein anderer Körperteil als die Tarsen mit dem Öl in Kontakt kommt. Larven der Fliege Drosophila carciniphila entwickeln sich nur in den nephrischen Furchen unter den Klappen des dritten Maxillipeds der Landkrabbe Geocarcinus ruricola, die auf bestimmte Inseln in der Karibik beschränkt ist.

Gibt es eine Erklärung, um diese kolossale Vielfalt der Lebewesen verständlich zu machen? Woher kamen diese außergewöhnlichen, scheinbar skurrilen und überflüssigen Kreaturen, wie der Pilz Laboulbenia, der Käfer Aphenops cronei, die Fliegen Psilopa Petroleum und Drosophila carciniphila, und viele, viele weitere offensichtliche biologische Kuriositäten? Die einzige sinnvolle Erklärung ist, dass sich die organische Vielfalt als Reaktion auf die Vielfalt der Umwelt auf dem Planeten Erde entwickelt hat. Keine noch so perfekte und vielseitige Art konnte alle Lebenschancen ausschöpfen. Jede der Millionen Arten hat ihre eigene Lebensweise und ihre eigene Lebensweise. Zweifellos gibt es noch viele andere Lebensformen, die noch von keiner existierenden Art genutzt werden, aber eines ist klar: Mit weniger organischer Vielfalt würden einige Lebenschancen ungenutzt bleiben. Der evolutionäre Prozess neigt dazu, die verfügbaren ökologischen Nischen zu füllen. Es tut dies nicht bewusst oder absichtlich, die Beziehungen zwischen Evolution und Umwelt sind subtiler und interessanter. Die Umwelt zwingt ihren Bewohnern keine evolutionären Veränderungen auf, wie dies von den inzwischen aufgegebenen neo-Lamarckschen Theorien postuliert wird. Am besten kann man sich die Situation so vorstellen: Die Umwelt stellt lebende Arten vor Herausforderungen, auf die diese mit adaptiven genetischen Veränderungen reagieren können.

Eine unbesetzte ökologische Nische, eine ungenutzte Lebensmöglichkeit, ist eine Herausforderung. So macht eine Umweltveränderung, wie das Klima der Eiszeit, einem wärmeren Klima Platz. Natürliche Selektion kann dazu führen, dass eine lebende Spezies auf die Herausforderung durch adaptive genetische Veränderungen reagiert. Diese Veränderungen können es der Art ermöglichen, die ehemals leere ökologische Nische als neue Lebensmöglichkeit zu besetzen oder sich der Umweltveränderung zu widersetzen, wenn sie ungünstig ist. Aber die Antwort kann erfolgreich sein oder nicht. Dies hängt von vielen Faktoren ab, von denen der wichtigste die genetische Zusammensetzung der reagierenden Art zum Zeitpunkt der Anforderung der Reaktion ist. Das Fehlen einer erfolgreichen Reaktion kann zum Aussterben der Art führen. Der Nachweis von Fossilien zeigt deutlich, dass das endgültige Ende der meisten Evolutionslinien das Aussterben ist. Heute lebende Organismen sind erfolgreiche Nachkommen von nur einer Minderheit der Arten, die in der Vergangenheit gelebt haben, und von immer kleineren Minderheiten, je weiter man zurückblickt. Dennoch ist die Zahl der lebenden Arten tatsächlich nicht geschrumpft, sie ist wohl mit der Zeit gewachsen. All dies ist im Lichte der Evolutionstheorie verständlich, aber was für eine sinnlose Operation wäre es von Gottes Seite gewesen, eine Vielzahl von Arten ex nihilo zu fabrizieren und dann die meisten von ihnen aussterben zu lassen!

Natürlich gibt es nichts Bewusstes oder Absichtliches in der Aktion der natürlichen Auslese. Eine biologische Spezies sagt sich nicht: "Lass mich morgen (oder in einer Million Jahren) versuchen, auf einem anderen Boden zu wachsen, eine andere Nahrung zu verwenden oder von einem anderen Körperteil einer anderen Krabbe zu leben." Nur ein Mensch kann solche bewussten Entscheidungen treffen. Deshalb ist die Art Homo sapiens ist die Spitze der Evolution. Die natürliche Auslese ist gleichzeitig ein blinder und kreativer Prozess. Nur ein kreativer und blinder Prozess könnte einerseits den enormen biologischen Erfolg der Spezies Mensch und andererseits so enge und einschränkende Anpassungsformen wie die der oben erwähnten überspezialisierten Pilze, Käfer und Fliegen hervorbringen .

Anti-Evolutionisten verstehen nicht, wie die natürliche Selektion funktioniert. Sie stellen sich vor, dass alle existierenden Arten vor einigen tausend Jahren durch übernatürliches Fiat erzeugt wurden, so wie wir sie heute finden. Aber was hat es für einen Sinn, bis zu 2 oder 3 Millionen Arten auf der Erde zu haben? Wenn die natürliche Auslese der Hauptfaktor ist, der die Evolution hervorbringt, ist eine beliebige Anzahl von Arten verständlich: Die natürliche Auslese funktioniert nicht nach einem vorherbestimmten Plan, und Arten werden nicht produziert, weil sie für einen bestimmten Zweck gebraucht werden, sondern einfach weil es eine Chance für die Umwelt gibt und genetische Mittel, um sie zu ermöglichen. War der Schöpfer in scherzhafter Stimmung, als er machte Psilopa Petroleum für kalifornische Ölfelder und Arten von Drosophila ausschließlich auf einigen Körperteilen bestimmter Landkrabben auf nur bestimmten Inseln in der Karibik zu leben? Die organische Vielfalt wird jedoch vernünftig und verständlich, wenn der Schöpfer die lebendige Welt nicht durch Willkür, sondern durch Evolution, angetrieben durch natürliche Auslese, geschaffen hat. Es ist falsch, Schöpfung und Evolution als sich gegenseitig ausschließende Alternativen zu betrachten. Ich bin Kreationist und Evolutionist. Evolution ist die Schöpfungsmethode Gottes oder der Natur. Die Schöpfung ist kein Ereignis, das 4004 v. Chr. geschah, sondern ein Prozess, der vor etwa 10 Milliarden Jahren begann und noch im Gange ist.

Die Einheit des Lebens ist nicht weniger bemerkenswert als seine Vielfalt. Die meisten Lebensformen ähneln sich in vielerlei Hinsicht. Besonders auffallend sind die universellen biologischen Ähnlichkeiten in der biochemischen Dimension. Vom Virus zum Menschen ist die Vererbung in nur zwei chemisch verwandten Substanzen kodiert: DNA und RNA. Der genetische Code ist so einfach wie universell. Es gibt nur vier genetische „Buchstaben“ in der DNA: Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin. Uracil ersetzt Thymin in der RNA. Die gesamte evolutionäre Entwicklung der belebten Welt hat sich nicht durch die Erfindung neuer „Buchstaben“ im genetischen „Alphabet“ vollzogen, sondern durch die Ausarbeitung immer neuer Kombinationen dieser Buchstaben.

Nicht nur der genetische Code von DNA-RNA ist universell, sondern auch die Methode der Übersetzung der Sequenzen der "Buchstaben" in DNA-RNA in Sequenzen von Aminosäuren in Proteinen. Dieselben 20 Aminosäuren bilden in allen oder zumindest in den meisten Organismen unzählige verschiedene Proteine. Verschiedene Aminosäuren werden von ein bis sechs Nukleotidtripletts in DNA und RNA kodiert. Und die biochemischen Universalien reichen über den genetischen Code und seine Übersetzung in Proteine ​​hinaus: Im Zellstoffwechsel verschiedenster Lebewesen herrschen auffallende Gleichförmigkeiten. Adenosintriphosphat, Biotin, Riboflavin, Häme, Pyridoxin, Vitamin K und B12 sowie Folsäure setzen überall Stoffwechselprozesse um.

Was bedeuten diese biochemischen oder biologischen Universalien? Sie legen nahe, dass Leben nur einmal aus unbelebter Materie entstanden ist und dass alle Organismen, egal wie vielfältig, in anderer Hinsicht die Grundzüge des ursprünglichen Lebens bewahren. (Es ist auch möglich, dass es mehrere oder sogar viele Ursprünge des Lebens gab, wenn ja, die Nachkommen von nur einer von ihnen haben überlebt und die Erde geerbt.) Aber was wäre, wenn es keine Evolution und jede der Millionen von Arten gäbe? wurden von separatem Fiat erstellt? So anstößig diese Vorstellung für religiöse Gefühle und Vernunft auch sein mag, die Anti-Evolutionisten müssen den Schöpfer erneut des Betrugs beschuldigen. Sie müssen darauf bestehen, dass Er die Dinge absichtlich genau so arrangierte, als ob seine Schöpfungsmethode die Evolution wäre, absichtlich, um aufrichtige Wahrheitssucher in die Irre zu führen.

Die bemerkenswerten Fortschritte der Molekularbiologie in den letzten Jahren haben es möglich gemacht zu verstehen, wie verschiedene Organismen aus so monoton ähnlichen Materialien aufgebaut sind: Proteine, die aus nur 20 Arten von Aminosäuren bestehen und nur von DNA und RNA mit jeweils nur vier Arten von Nukleotiden. Die Methode ist erstaunlich einfach. Alle englischen Wörter, Sätze, Kapitel und Bücher bestehen aus Folgen von 26 Buchstaben des Alphabets. (Sie können auch nur durch drei Zeichen des Morsecodes dargestellt werden: Punkt, Bindestrich und Lücke.) Die Bedeutung eines Wortes oder eines Satzes wird weniger durch die darin enthaltenen Buchstaben als durch die Reihenfolge dieser Buchstaben definiert. Genauso ist es mit der Vererbung: Sie wird durch die Sequenzen der genetischen „Buchstaben“ der Nukleotide in der DNA kodiert. Sie werden in die Aminosäuresequenzen der Proteine ​​übersetzt.

Molekulare Studien haben einen Ansatz zur exakten Messung des Grades biochemischer Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Organismen ermöglicht. Einige Arten von Enzymen und anderen Proteinen sind in der belebten Welt quasi universell oder jedenfalls weit verbreitet. Sie sind in verschiedenen Lebewesen funktionell ähnlich, indem sie ähnliche chemische Reaktionen katalysieren. Aber wenn solche Proteine ​​isoliert und ihre Strukturen chemisch bestimmt werden, findet man oft mehr oder weniger unterschiedliche Sequenzen von Aminosäuren in verschiedenen Organismen. Beispielsweise haben die sogenannten Alphaketten des Hämoglobins beim Menschen und beim Schimpansen identische Aminosäuresequenzen, unterscheiden sich jedoch beim Gorilla in einer einzigen Aminosäure (von 141). Alpha-Ketten von menschlichem Hämoglobin unterscheiden sich von Rinderhämoglobin in 17 Aminosäuresubstitutionen, 18 von Pferden, 20 von Eseln, 25 von Kaninchen und 71 von Fischen (Karpfen).

Cytochrom C ist ein Enzym, das eine wichtige Rolle im Stoffwechsel von aeroben Zellen spielt. Es kommt in den unterschiedlichsten Organismen vor, vom Menschen bis zu Schimmelpilzen. E. Margoliash, W. M. Fitch und andere haben die Aminosäuresequenzen in Cytochrom C in verschiedenen Zweigen der lebenden Welt verglichen. Die wichtigsten Gemeinsamkeiten sowie Unterschiede wurden ans Licht gebracht. Das Cytochrom C verschiedener Ordnungen von Säugetieren und Vögeln unterscheidet sich in 2 bis 17 Aminosäuren, Wirbeltierklassen in 7 bis 38 und Wirbeltieren und Insekten in 23 bis 41 und Tiere unterscheiden sich von Hefen und Schimmelpilzen in 56 bis 72 Aminosäuren. Fitch und Margoliash ziehen es vor, ihre Ergebnisse in sogenannten "minimalen Mutationsabständen" auszudrücken. Es wurde oben erwähnt, dass verschiedene Aminosäuren durch verschiedene Tripletts von Nukleotiden in der DNA der Gene kodiert werden, von denen dieser Code nun bekannt ist. Die meisten Mutationen beinhalten den Austausch einzelner Nukleotide irgendwo in der DNA-Kette, die für ein bestimmtes Protein kodiert. Daher kann man die minimale Anzahl einzelner Mutationen berechnen, die erforderlich sind, um das Cytochrom C eines Organismus in das eines anderen zu ändern. Die minimalen Mutationsabstände zwischen menschlichem Cytochrom C und dem Cytochrom C anderer Lebewesen sind wie folgt:


Arten von RNA-Transkripten

Traditionell waren drei Arten von RNA-Transkripten bekannt – Messenger-RNA (mRNA), tRNA und rRNA – und alle drei sind eng mit der Proteinsynthese verbunden . Während mRNA die Aminosäuresequenz bestimmt, sind tRNA und rRNA entscheidend für den Mechanismus der Übersetzung des mRNA-Codes.

Die mRNA-Polymerisation aus DNA, die proteinkodierende Gene enthält, wird durch RNA-Polymerase II katalysiert. Gelegentlich werden Proteine, die zusammen verwendet werden, als einzelne Einheit in einem langen mRNA-Molekül kodiert, und dies ist besonders bei Prokaryonten üblich. DNA-Sequenzen stromaufwärts der kodierenden Sequenz enthalten Andockstellen für die Transkriptionsmaschinerie sowie regulatorische Faktoren, die den Zeitpunkt und die Menge der Transkriptionsaktivität modulieren. mRNA wird dann modifiziert und prozessiert, um das endgültige Transkript zu erzeugen, das für die Translation verwendet wird.

rRNA macht fast fünfzig Prozent der RNA einer Zelle aus und wird von der RNA-Polymerase I in spezialisierten Regionen des Zellkerns, dem Nucleolus, transkribiert. Nukleoli erscheinen als dichte kugelförmige Strukturen um die Loci herum, die für rRNA kodieren. Prokaryotische rRNA besteht aus drei Typen und eukaryotische Ribosomen bestehen aus vier Typen von rRNA, wobei der größte mehr als 5000 Nukleotide enthält. Diese RNA-Moleküle bestimmen die dreidimensionale Struktur von Ribosomen.

RNA-Polymerase III katalysiert die Transkription von tRNA-Vorläufern im Zellkern. Promotorsequenzen, die die Expression von tRNA-Genen steuern, können intragen sein und sich innerhalb der kodierenden Sequenz des Gens befinden. tRNA-Vorläufer unterliegen umfangreichen Modifikationen, einschließlich Spleißen. Prokaryontische tRNAs behalten ihre katalytische Aktivität und können sich selbst spleißen, während eukaryontische posttranskriptionelle Modifikationen durch spezielle Endonuklease-Enzyme durchgeführt werden. Diese Endonukleasen erkennen spezifische Strukturmotive innerhalb der tRNA, die auf die Sequenz zum Spleißen abzielen.

Zusätzlich zu diesen drei RNA-Typen enthält die Zelle eine Reihe kleinerer RNAs, die an verschiedenen zellulären Aktivitäten beteiligt sind. Dazu gehören Genregulation (vermittelt durch Mikro-RNA und Sequenzen in den 5′ untranslatierten Regionen von mRNA-Transkripten), posttranskriptionelle Modifikation (kleine nukleäre RNA, kleine nukleoläre RNA), Genomabwehr (Piwi-interagierende RNA und CRISPR) und die Aufrechterhaltung der genomischen Struktur (Telomere und RNA-Transkripte, die X-Chromosomen zum Schweigen bringen).


Schlussfolgerungen

Diese Studie ergab eine Sammlung potenzieller multimerer MADS-Domänen-Proteinkomplexe, in denen SEP3, das „Klebeprotein“, eine zentrale Rolle spielt. Neben den ersten Schritten der Blütenorganbildung scheint dieses Protein über Multimerisierung in verschiedenen anderen Pflanzenentwicklungsprozessen zu funktionieren (Abbildungen 5 und 6). Higher-order complex formation of MADS domain proteins appears to be a common process and provides these transcription factors with unique attributes to function in a specific manner, such as the possibility to change interaction stability, localization of the proteins, and their DNA binding specificity. Combining protein interaction analyses as performed in this study and co-expression analyses provides complementary functional information about MADS transcription factors, in particular when mutant phenotypes are missing due to redundancy or when the proteins are involved in multiple developmental processes, as is the case for SEP3.


What is Translation in Biology?

  • In particular, the mRNA is read in groups of three bases called codons. Apparently, there is a total of 61 codons that code for 20 specific amino acids.
  • The relationship between the mRNA codons and their corresponding amino acids are collectively referred to as the genetic code (shown in the table below).

During translation, the mRNA codons are read from their 5′ ends to their 3′ ends by transfer RNA (tRNA), with one of its end having an anticodon that binds with the mRNA base pairing, and anther end carrying the amino acid by the specific codon.
Genetic Code Dictionary (Source: Wikimedia)


RNA Polymerase

This section will expand upon the specific role of RNA polymerases during transcription. Read on to learn the role of RNA polymerases at each stage of transcription.

Initiation of Transcription

Unlike the prokaryotic polymerase that can bind to a DNA template on its own, eukaryotes require several other proteins, called transcription factors, to first bind to the promoter region and then help recruit the appropriate polymerase.

The Three Eukaryotic RNA Polymerases

The features of eukaryotic mRNA synthesis are markedly more complex those of prokaryotes. Instead of a single polymerase comprising five subunits, the eukaryotes have three polymerases that are each made up of 10 subunits or more. Each eukaryotic polymerase also requires a distinct set of transcription factors to bring it to the DNA template.

RNA polymerase I is located in the nucleolus, a specialized nuclear substructure in which ribosomal RNA (rRNA) is transcribed, processed, and assembled into ribosomes (Table 1). The rRNA molecules are considered structural RNAs because they have a cellular role but are not translated into protein. The rRNAs are components of the ribosome and are essential to the process of translation. RNA polymerase I synthesizes all of the rRNAs except for the 5S rRNA molecule. The “S” designation applies to “Svedberg” units, a nonadditive value that characterizes the speed at which a particle sediments during centrifugation.

Table 1. Locations, Products, and Sensitivities of the Three Eukaryotic RNA Polymerases
RNA Polymerase Cellular Compartment Product of Transcription α-Amanitin Sensitivity
ich Nucleolus All rRNAs except 5S rRNA Insensitive
II Nucleus All protein-coding nuclear pre-mRNAs Extremely sensitive
III Nucleus 5S rRNA, tRNAs, and small nuclear RNAs Moderately sensitive

RNA polymerase II is located in the nucleus and synthesizes all protein-coding nuclear pre-mRNAs. Eukaryotic pre-mRNAs undergo extensive processing after transcription but before translation (Figure 3). For clarity, this module’s discussion of transcription and translation in eukaryotes will use the term “mRNAs” to describe only the mature, processed molecules that are ready to be translated. RNA polymerase II is responsible for transcribing the overwhelming majority of eukaryotic genes.

Figure 3. Eukaryotic mRNA contains introns that must be spliced out. A 5′ cap and 3′ poly-A tail are also added.

RNA polymerase III is also located in the nucleus. This polymerase transcribes a variety of structural RNAs that includes the 5S pre-rRNA, transfer pre-RNAs (pre-tRNAs), and small nuclear Vor-RNAs. The tRNAs have a critical role in translation they serve as the adaptor molecules between the mRNA template and the growing polypeptide chain. Small nuclear RNAs have a variety of functions, including “splicing” pre-mRNAs and regulating transcription factors.

A scientist characterizing a new gene can determine which polymerase transcribes it by testing whether the gene is expressed in the presence of a particular mushroom poison, α-amanitin (Table 1). Interestingly, α-amanitin produced by Amanita phalloides, the Death Cap mushroom, affects the three polymerases very differently. RNA polymerase I is completely insensitive to α-amanitin, meaning that the polymerase can transcribe DNA in vitro in the presence of this poison. In contrast, RNA polymerase II is extremely sensitive to α-amanitin, and RNA polymerase III is moderately sensitive. Knowing the transcribing polymerase can clue a researcher into the general function of the gene being studied. Because RNA polymerase II transcribes the vast majority of genes, we will focus on this polymerase in our subsequent discussions about eukaryotic transcription factors and promoters.

Structure of an RNA Polymerase II Promoter

Eukaryotic promoters are much larger and more complex than prokaryotic promoters, but both have a TATA box. For example, in the mouse thymidine kinase gene, the TATA box is located at approximately -30 relative to the initiation (+1) site (Figure 4). For this gene, the exact TATA box sequence is TATAAAA, as read in the 5′ to 3′ direction on the nontemplate strand. The thermostability of A–T bonds is low and this helps the DNA template to locally unwind in preparation for transcription.

Figure 4. A generalized promoter of a gene transcribed by RNA polymerase II is shown. Transcription factors recognize the promoter. RNA polymerase II then binds and forms the transcription initiation complex.

The mouse genome includes one gene and two pseudogenes for cytoplasmic thymidine kinase. Pseudogenes are genes that have lost their protein-coding ability or are no longer expressed by the cell. These pseudogenes are copied from mRNA and incorporated into the chromosome. For example, the mouse thymidine kinase promoter also has a conserved CAAT-Box (GGCCAATCT) at approximately -80. This sequence is essential and is involved in binding transcription factors. Further upstream of the TATA box, eukaryotic promoters may also contain one or more GC-rich boxes (GGCG) or octamer boxes (ATTTGCAT). These elements bind cellular factors that increase the efficiency of transcription initiation and are often identified in more “active” genes that are constantly being expressed by the cell.

Transcription Factors for RNA Polymerase II

The complexity of eukaryotic transcription does not end with the polymerases and promoters. An army of basal transcription factors, enhancers, and silencers also help to regulate the frequency with which pre-mRNA is synthesized from a gene. Enhancers and silencers affect the efficiency of transcription but are not necessary for transcription to proceed. Basale Transkriptionsfaktoren sind entscheidend für die Bildung von a Präinitiationskomplex on the DNA template that subsequently recruits RNA polymerase II for transcription initiation.

The names of the basal transcription factors begin with “TFII” (this is the transcription factor for RNA polymerase II) and are specified with the letters A–J. The transcription factors systematically fall into place on the DNA template, with each one further stabilizing the preinitiation complex and contributing to the recruitment of RNA polymerase II.

The processes of bringing RNA polymerases I and III to the DNA template involve slightly less complex collections of transcription factors, but the general theme is the same. Eukaryotic transcription is a tightly regulated process that requires a variety of proteins to interact with each other and with the DNA strand. Although the process of transcription in eukaryotes involves a greater metabolic investment than in prokaryotes, it ensures that the cell transcribes precisely the pre-mRNAs that it needs for protein synthesis.

The Evolution of Promoters

The evolution of genes may be a familiar concept. Mutations can occur in genes during DNA replication, and the result may or may not be beneficial to the cell. By altering an enzyme, structural protein, or some other factor, the process of mutation can transform functions or physical features. However, eukaryotic promoters and other gene regulatory sequences may evolve as well. For instance, consider a gene that, over many generations, becomes more valuable to the cell. Maybe the gene encodes a structural protein that the cell needs to synthesize in abundance for a certain function. If this is the case, it would be beneficial to the cell for that gene’s promoter to recruit transcription factors more efficiently and increase gene expression.

Scientists examining the evolution of promoter sequences have reported varying results. In part, this is because it is difficult to infer exactly where a eukaryotic promoter begins and ends. Some promoters occur within genes others are located very far upstream, or even downstream, of the genes they are regulating. However, when researchers limited their examination to human core promoter sequences that were defined experimentally as sequences that bind the preinitiation complex, they found that promoters evolve even faster than protein-coding genes.

It is still unclear how promoter evolution might correspond to the evolution of humans or other higher organisms. However, the evolution of a promoter to effectively make more or less of a given gene product is an intriguing alternative to the evolution of the genes themselves. [1]

Promoter Structures for RNA Polymerases I and III

In eukaryotes, the conserved promoter elements differ for genes transcribed by RNA polymerases I, II, and III. RNA polymerase I transcribes genes that have two GC-rich promoter sequences in the –45 to +20 region. These sequences alone are sufficient for transcription initiation to occur, but promoters with additional sequences in the region from –180 to –105 upstream of the initiation site will further enhance initiation. Genes that are transcribed by RNA polymerase III have upstream promoters or promoters that occur within the genes themselves.

Elongation and Termination

Following the formation of the preinitiation complex, the polymerase is released from the other transcription factors, and elongation is allowed to proceed as it does in prokaryotes with the polymerase synthesizing pre-mRNA in the 5′ to 3′ direction. Wie bereits erwähnt, transkribiert die RNA-Polymerase II den Großteil der eukaryontischen Gene, daher wird sich dieser Abschnitt darauf konzentrieren, wie diese Polymerase Elongation und Termination bewerkstelligt.

Although the enzymatic process of elongation is essentially the same in eukaryotes and prokaryotes, the DNA template is more complex. When eukaryotic cells are not dividing, their genes exist as a diffuse mass of DNA and proteins called chromatin. The DNA is tightly packaged around charged histone proteins at repeated intervals. These DNA–histone complexes, collectively called nucleosomes, are regularly spaced and include 146 nucleotides of DNA wound around eight histones like thread around a spool.

For polynucleotide synthesis to occur, the transcription machinery needs to move histones out of the way every time it encounters a nucleosome. This is accomplished by a special protein complex called FACT, which stands for “facilitates chromatin transcription.” This complex pulls histones away from the DNA template as the polymerase moves along it. Once the pre-mRNA is synthesized, the FACT complex replaces the histones to recreate the nucleosomes.

Die Termination der Transkription ist für die verschiedenen Polymerasen unterschiedlich. Unlike in prokaryotes, elongation by RNA polymerase II in eukaryotes takes place 1,000–2,000 nucleotides beyond the end of the gene being transcribed. This pre-mRNA tail is subsequently removed by cleavage during mRNA processing. On the other hand, RNA polymerases I and III require termination signals. Genes transcribed by RNA polymerase I contain a specific 18-nucleotide sequence that is recognized by a termination protein. The process of termination in RNA polymerase III involves an mRNA hairpin similar to rho-independent termination of transcription in prokaryotes.


Transcription of Immunoglobulin Genes

KATHRYN CALAME , RANJAN SEN , in Molecular Biology of B Cells , 2004

Dimerizing Proteins with Different Partners

Several families of transcriptional activators bind DNA as obligate dimers, providing the opportunity for shortened forms to act as dominant negative regulators by forming nonfunctional heterodimers. For example, the bHLH proteins encoded by E2-A, HEB, and E2–2 are negatively regulated by Id proteins, encoded by four genes (Id1–4) ( Engel and Murre, 2001 ). The shorter HLH Id proteins lack both an activation domain and a basic region. Thus, Id/bHLH heterodimers fail to bind DNA and cannot activate transcription. Regulated expression of Id proteins is important for regulating E2-A, HEB, and E2–2 activity during B cell development ( Sun, Copeland et al., 1991 Barndt and Zhuang, 1999 Becker-Herman, Lantner et al., 2002) .

C/EBPβ, an important activator of Ig promoters and enhancers, is a bZip protein that binds DNA as an obligate dimer. LIP, a shorter form of C/EBPβ that lacks an activation domain, is generated by alternate translation initiation ( Descombes and Schibler, 1991 ). A similar shorter form is also encoded by a separate gene, C/EBPγ (Roman, Platero et al., 1990). Both short forms act as dominant negative inhibitors by forming DNA-binding heterodimers that cannot activate transcription. Both C/EBPβ and the dominant negative short forms are regulated during B cell development, suggesting that activity of their binding sites is determined by both absolute and relative levels of these proteins. A similar situation has been described for the bHLHZip protein TFE3, wherein differential RNA splicing creates a truncated form that acts as a dominant negative in heterodimers with full-length proteins ( Roman, Cohn et al., 1991) .

The Maf family of bZip proteins also contains both activating and short, nonfunctional forms. However, for this family an additional twist is present in B cells where a small, nonfunctional Maf protein heterodimerizes with a bZip protein called Bach2 that represses transcription ( Muto, Hoshino et al., 1998) . Bach2 has B-cell and neuron-specific expression it is present in most B cells but absent in plasma cells and represses transcription by association with the corepressor SMRT.


In prokaryotes, mRNA synthesis is initiated at a promoter sequence on the DNA template comprising two consensus sequences that recruit RNA polymerase. The prokaryotic polymerase consists of a core enzyme of four protein subunits and a σ protein that assists only with initiation. Elongation synthesizes mRNA in the 5' to 3' direction at a rate of 40 nucleotides per second. Termination liberates the mRNA and occurs either by rho protein interaction or by the formation of an mRNA hairpin.

Which subunit of the E coli polymerase confers specificity to transcription?


Schau das Video: Die Transkription - Proteinbiosynthese Teil 1 (Juni 2022).