Matrizenstrang = Vorlage
Die Polymerase liest den Matrizenstrang in Richtung 3′ → 5′. Die RNA wird dazu komplementär in Richtung 5′ → 3′ aufgebaut. In Schulaufgaben heißt die Vorlage oft auch codogener Strang.
Biologie · Verstehen und üben
Transkription: von DNA zu RNA
Verfolge, wie ein Gen abgeschrieben wird – mit Strangrichtungen, RNA-Verarbeitung und einer Werkstatt zum selbstständigen Üben.
Das kannst du danach
DNA-Stränge richtig unterscheidenRNA-Sequenzen ableitenAblauf und Verarbeitung erklären
Warum braucht eine Zelle RNA?
Die DNA speichert genetische Information. Für die Herstellung eines Proteins wird zunächst eine RNA-Abschrift des betreffenden Gens erzeugt. Dieser Vorgang heißt Transkription. Die Boten-RNA oder mRNA kann anschließend am Ribosom als Vorlage dienen.
Bei eukaryotischen Zellen findet die Transkription der Kerngene im Zellkern statt. Die DNA bleibt dort; eine verarbeitete mRNA gelangt durch eine Kernpore ins Cytoplasma. Erst die Translation stellt daraus eine Aminosäurekette her.
Die RNA-Polymerase schreibt einen DNA-Abschnitt ab
Transkription im Modell
Die RNA-Polymerase ist ein Enzym. Sie verknüpft RNA-Nukleotide zu einem Strang. Dazu nutzt sie einen DNA-Einzelstrang als Vorlage. Die DNA wird dabei weder verbraucht noch in RNA umgewandelt.
RNA enthält den Zucker Ribose und statt Thymin die Base Uracil (U). Die mRNA ist im Grundmodell einzelsträngig. Sie kann sich dennoch abschnittsweise falten.
Nicht jede transkribierte RNA ist eine mRNA: Auch tRNA und rRNA entstehen durch Transkription. Hier verfolgen wir ein proteincodierendes Gen.
Welcher DNA-Strang wird abgelesen?
Codierender Strang = Vergleich
Der andere DNA-Strang hat in 5′ → 3′ gelesen dieselbe Basenfolge wie die RNA, nur mit T statt U. Er ist bei diesem Gen nicht die abgelesene Vorlage.
| Gegebener Strang | Beispiel | Passende RNA |
|---|---|---|
| Matrizenstrang 3′ → 5′ | 3′–TAC GGA–5′ | 5′–AUG CCU–3′ |
| Codierender Strang 5′ → 3′ | 5′–ATG CCT–3′ | 5′–AUG CCU–3′ |
Erst Strang und Richtung prüfen
Nur am codierenden DNA-Strang darfst du bei gleicher 5′→3′-Orientierung einfach T durch U ersetzen. Beim Matrizenstrang musst du komplementär ergänzen: DNA-A → RNA-U, T → A, G → C, C → G.
Drei Schritte der Transkription
1 · Initiation: beginnen
Am Promotor wird der Start der Transkription organisiert. Bei Eukaryoten helfen Transkriptionsfaktoren dabei, die Polymerase richtig zu positionieren. Der Promotor legt mit fest, welcher Strang als Vorlage dient.
2 · Elongation: verlängern
Die Polymerase bewegt sich am Matrizenstrang entlang. Sie fügt passende RNA-Nukleotide an das 3′-Ende der wachsenden RNA an. Hinter ihr schließt sich die DNA wieder.
3 · Termination: beenden
Die Transkription endet durch entsprechende Signale und molekulare Vorgänge. Die RNA wird freigesetzt. Die genauen Mechanismen unterscheiden sich zwischen Bakterien und Eukaryoten.
Nicht verwechseln
Ein Promotor ist kein Startcodon. Ein Stoppcodon beendet die Translation am Ribosom und ist nicht einfach das Endsignal der Transkription.
Strang-Werkstatt: Von DNA zu RNA
Wähle eine Aufgabe, leite die RNA selbst ab und blende dann den Lösungsweg ein. Alle Folgen sind kurze Modellabschnitte, keine vollständigen Gene.
Matrizenstrang: 3′–TAC GGA–5′
Komplementär ergänzen und RNA in 5′→3′ angeben.
Welche RNA entsteht?
Bei Eukaryoten: prä-mRNA wird verarbeitet
Spleißen
Bei einem typischen eukaryotischen proteincodierenden Gen entsteht zunächst prä-mRNA. Die Verarbeitung beginnt teilweise schon während der Transkription.
5′-Cap: Eine veränderte Guanin-Struktur am 5′-Ende unterstützt Schutz, Export und spätere Translation.
Poly-A-Schwanz: Nach einem Schnitt wird bei den meisten mRNAs am 3′-Ende eine Folge von Adenin-Nukleotiden angefügt. Sie beeinflusst unter anderem Stabilität und Translation.
Spleißen: Introns werden entfernt; Exons werden miteinander verknüpft. Exons bleiben in der reifen RNA, enthalten aber nicht ausschließlich proteincodierende Sequenz.
Vertiefung – alternatives Spleißen: Unterschiedliche Kombinationen von Exons können verschiedene RNA-Varianten aus demselben Gen erzeugen. So können auch verschiedene Proteinvarianten entstehen.
Einordnen: Transkription ist keine DNA-Verdopplung
| Vorgang | Vorlage und Produkt | Aufgabe |
|---|---|---|
| Replikation | DNA → DNA | Das Erbmaterial vor einer Zellteilung kopieren |
| Transkription | DNA → RNA | Die Information ausgewählter Gene als RNA nutzbar machen |
| Translation | mRNA → Polypeptid | Die Basenfolge in eine Aminosäurefolge übersetzen |
Bakterien besitzen keinen Zellkern. Dort können Ribosomen bereits eine RNA übersetzen, während diese noch transkribiert wird. Bei Kerngenen eukaryotischer Zellen trennen Zellkern, RNA-Verarbeitung und Export die Schritte räumlich und zeitlich.
10 Aufgaben: Wissen anwenden und Zusammenhänge erklären
Löse zunächst ohne Hilfe. Die Tipps führen zum Ansatz; die Lösungen zeigen, welche Fachbegriffe und Begründungen dazugehören.
1 · Was entsteht bei der Transkription eines proteincodierenden Gens?
Tipp anzeigen
Unterscheide RNA von Protein.
Lösung anzeigen
Eine RNA-Abschrift; bei Eukaryoten zunächst prä-mRNA. Die Aminosäurekette entsteht erst bei der Translation.
2 · Welche RNA passt zur Matrize 3′–TAC CTT–5′?
Tipp anzeigen
A→U, T→A, C→G, G→C.
Lösung anzeigen
5′–AUG GAA–3′.
3 · Welche RNA gehört zum codierenden Strang 5′–ATG GAA–3′?
Tipp anzeigen
Hier stimmt die Basenfolge bis auf T/U überein.
Lösung anzeigen
5′–AUG GAA–3′.
4 · Die Matrize ist 5′–AAG CAT–3′. Gib RNA in 5′→3′ an.
Tipp anzeigen
Zuerst in Gegenrichtung lesen.
Lösung anzeigen
Matrize umorientiert: 3′–TAC GAA–5′. RNA: 5′–AUG CUU–3′.
5 · In welcher Richtung wächst RNA?
Tipp anzeigen
Die Polymerase verlängert das 3′-Ende.
Lösung anzeigen
Immer 5′→3′. Der Matrizenstrang wird 3′→5′ abgelesen.
6 · Welche Funktion hat der Promotor?
Tipp anzeigen
Denke an Startposition und beteiligte Proteine.
Lösung anzeigen
Er ist eine DNA-Region, an der die Transkriptionsmaschinerie den Beginn organisiert; er ist kein Startcodon.
7 · Was passiert beim Spleißen?
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Introns und Exons auseinanderhalten.
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Introns werden aus der prä-mRNA entfernt und Exons verbunden. Exons können auch nicht übersetzte Bereiche enthalten.
8 · Was bewirken Cap und Poly-A-Schwanz?
Tipp anzeigen
Schutz, Export und spätere Nutzung.
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Sie unterstützen unter anderem RNA-Stabilität und effiziente Translation; das Cap ist auch für die Verarbeitung und den Export relevant.
9 · Warum kann bei Bakterien Translation schon während der Transkription beginnen?
Tipp anzeigen
Welche räumliche Trennung fehlt?
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Es gibt keinen Zellkern, der die RNA vom Ribosom trennt. Daher können beide Vorgänge gekoppelt sein.
10 · Warum ist ein Stoppcodon kein Transkriptions-Stoppzeichen?
Tipp anzeigen
Welcher Prozess liest Codons?
Lösung anzeigen
Das Ribosom liest mRNA-Codons bei der Translation. Das Ende der Transkription wird durch andere Signale und Mechanismen bestimmt.
Kurzer Begriffscheck
Welcher Strang ist die direkte Vorlage der RNA-Polymerase?
Wähle eine Antwort.
Für den Unterricht
Einstieg: DNA, RNA und Protein den drei Vorgängen zuordnen.
Erarbeitung: Ein DNA-Strang wird mit Enden und Bezeichnung vorgegeben. Lernende begründen zuerst ihre Leserichtung und ergänzen erst dann die RNA.
Differenzierung: Zunächst Aufgabe 2 und 3, anschließend die umgekehrte Orientierung in Aufgabe 4. Cap, Poly-A-Schwanz und alternatives Spleißen eignen sich zur Vertiefung.
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DNA, Gene und Chromosomen
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Anschlussmaterial: den nächsten Schritt der Proteinbiosynthese üben.
Material ansehen →Fachliche Vertiefung: OpenStax · Biology 2e. Umfang und Klassenstufe unterscheiden sich je nach Bundesland und Schulart. Eigene schematische Lehrabbildungen.