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Lexikon der Biologie: Genexpression

Genexpression w [latein. expressio = Ausdruck], i.e.S. die Synthese eines funktionellen Proteins (Proteine; Transkription – Translation), d.h. die im Verlauf der Transkription stattfindende Synthese von transfer-RNA, ribosomaler RNA und messenger-RNA (primäre Genprodukte) sowie die darauf aufbauende Translation reifer mRNA-Sequenzen zu Proteinen (sekundäre Genprodukte); i.w.S. die vollständige Ausprägung der genetischen Information zum Phänotyp eines Organismus; diese umfaßt auch alle über die Transkription und Translation hinausgehenden, im Falle der Stoffwechselreaktionen heute weitgehend verstandenen, im Falle von morphogenetischen (Morphogenese) und Entwicklungsprozessen (Entwicklung, Embryonalentwicklung) jedoch noch teilweise ungeklärten Vorgänge. Die Prozesse der Genexpression verlaufen zeitlich und räumlich strikt reguliert. Die Ausbildung eines Merkmals wird meist durch mehrere miteinander in Wechselwirkung stehende Gene kontrolliert (Gen, Polygenie) und hängt darüber hinaus zum Teil auch von Umwelteinflüssen ab (angeboren, Anlage-Umwelt-Diskussion). Die Regulation der Genexpression erfolgt häufig auf der Ebene der Transkription (Genregulation, Farbtafel), jedoch sind auch Beispiele zur Regulation über spezifische DNA-Amplifikationen (Genamplifikation) und über die Translation bekannt. Zwischen Eukaryoten und Prokaryoten bestehen erhebliche Unterschiede in der Genexpression. Bei Prokaryoten (Protocyte) fehlt ein Zellkern, RNA- und Proteinbiosynthese laufen im gleichen Kompartiment und zur gleichen Zeit ab. Häufig werden polycistronische messenger-RNA-Moleküle (polycistronische RNA) gebildet, an denen koordiniert die gleichzeitige Translation mehrerer Proteine, z.B. der Enzyme eines Stoffwechselweges, erfolgen kann. Die Regulation erfolgt über Repression oder Induktion von Proteinen als Antwort auf veränderte Umweltbedingungen. Die Genexpression der Eukaryoten (Eucyte) ist wesentlich komplexer ( vgl. Abb. ). Die koordinierte Expression von weitentfernten oder sogar auf verschiedenen Chromosomen befindlichen Genen erfolgt mittels gleichartiger Kontrollelemente an diesen verschiedenen Orten (Transkriptionsfaktoren). Bei Eukaryoten werden die im Zellkern gebildeten Ribonucleinsäuren (Primärtranskripte) modifiziert (spleißen, Prozessierung), die dann in reifer Form außerhalb des Zellkerns wirksam werden. – Im Zuge der rekombinanten DNA-Technik (Gentechnologie, rekombinante DNA) muß die Expression eines künstlich in Bakterien (z.B. Escherichia coli) eingebrachten Gens über geeignete Maßnahmen sichergestellt werden: Für die Transkription eines klonierten inserts ist das Vorhandensein eines Promotors notwendig, der von der Wirts-RNA-Polymerase erkannt wird; für die Translation wird eine Ribosomenbindungsstelle auf der messenger-RNA benötigt. Dem eukaryotischen Gen fehlen diese prokaryotischen Regulationssequenzen, da sich in höheren Zellen die Transkriptions- und Translationsprozesse nach anderen Mechanismen vollziehen. Promotoren und ribosomale Bindungsstellen müssen daher dem klonierten, eukaryotischen Gen so vorgeschaltet werden, daß die biosynthetische Maschinerie der Bakterienzelle sie als solche erkennt und korrekt exprimiert (Expressionsvektoren). Autoregulation, Basenmethylierung, differentielle Genexpression, Jacob (F.), Monod (J.L.), transiente Expression, Virusinfektion.

G.St./S.Kl.



Genexpression

Schema der Expression des genetischen Materials bei Eukaryoten

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