Die DNA-Transkription ist der biochemische Prozess, bei dem die genetische Information, die in der Desoxyribonukleinsäure (DNA) eines Organismus gespeichert ist, in eine Ribonukleinsäure (RNA) umgeschrieben wird. Diese RNA dient als Vorlage für die Synthese von Proteinen, ein Prozess, der als Translation bekannt ist. Die Transkription ist der erste Schritt der Genexpression, bei dem ein bestimmtes Gen in ein messager (m)RNA-Molekül transkribiert wird, das später in ein Protein übersetzt werden kann. Sie spielt eine zentrale Rolle in der Zelle, da sie es ermöglicht, dass die in der DNA enthaltenen Informationen in funktionelle Produkte umgesetzt werden.

Der Prozess beginnt, wenn ein Enzym namens RNA-Polymerase an eine spezifische Region der DNA, den sogenannten Promotor, bindet. Der Promotor befindet sich typischerweise direkt vor dem Gen, das transkribiert werden soll. Diese Bindung ist hochreguliert, was bedeutet, dass Zellen in der Lage sind, die Aktivität bestimmter Gene je nach Bedarf zu steuern. Nachdem die RNA-Polymerase den Promotor erkannt und daran gebunden hat, beginnt sie, die DNA-Doppelhelix zu entwindet und die beiden Stränge voneinander zu trennen. Nur der eine der beiden Stränge, der sogenannte Matrizenstrang, dient als Vorlage für die Transkription. Der andere Strang, der sogenannte codierende Strang, wird nicht direkt in RNA umgeschrieben, sondern bleibt in seiner natürlichen Form.

RNA-Polymerase synthetisiert dann ein komplementäres RNA-Molekül auf der Grundlage der DNA-Sequenz des Matrizenstrangs. Dabei wird Adenin (A) in der DNA durch Uracil (U) in der RNA ersetzt, da Uracil der RNA-Base entspricht, die Thymidin (T) in der DNA substituiert. Die RNA wird in 5'-zu-3'-Richtung synthetisiert, wobei die RNA-Polymerase immer ein Nukleotid an das 3'-Ende des wachsenden RNA-Strangs anfügt. Die Transkription erfolgt in einem fortlaufenden Prozess, wobei die RNA-Polymerase den Matrizenstrang entlang wandert und gleichzeitig das entstehende RNA-Molekül ablöst, sodass der DNA-Doppelstrang an der Transkriptionsstelle wieder zusammenklappen kann.

Nach der Synthese des RNA-Moleküls erfolgt die sogenannte Termination der Transkription, bei der die RNA-Polymerase an einer bestimmten Sequenz der DNA stoppt. Diese Sequenz wird als Terminator bezeichnet. Sobald die Transkription abgeschlossen ist, wird die neu synthetisierte RNA von der DNA freigesetzt, und die RNA-Polymerase löst sich von der DNA. In Eukaryoten, also bei Organismen mit Zellkernen, ist die erzeugte RNA in vielen Fällen noch nicht die fertige mRNA. Zunächst muss sie noch weiter prozessiert werden, was als RNA-Prozessierung bezeichnet wird. Dabei wird ein 5'-Kappe angefügt, die die Stabilität der RNA schützt und ihre Translation erleichtert, und am 3'-Ende wird ein Poly-A-Schwanz hinzugefügt. Außerdem müssen Introns, die nicht-codierenden Bereiche der RNA, durch Spleißen entfernt werden, sodass nur noch die Exons, die codierenden Regionen, übrig bleiben.

In Prokaryoten, wie Bakterien, verläuft die Transkription ähnlich, jedoch ohne die komplexen Nachbearbeitungsschritte. In diesen Zellen wird die mRNA direkt nach der Transkription im Zytoplasma verwendet, da sie keinen Zellkern besitzen, in dem eine Trennung zwischen Transkription und Translation stattfindet. Die RNA kann direkt in Ribosomen übersetzt werden, um die Synthese von Proteinen zu starten.

Die Regulation der Transkription ist ein entscheidender Mechanismus für die Zellfunktion und -entwicklung. Zellen können die Aktivität bestimmter Gene nach Bedarf hoch- oder herunterregulieren. Dies geschieht unter anderem durch Transkriptionsfaktoren, die die Bindung der RNA-Polymerase an den Promotor erleichtern oder verhindern können. Es gibt auch epigenetische Mechanismen, die die Transkription beeinflussen, indem sie die Zugänglichkeit der DNA für die Transkriptionsmaschinerie steuern. Methylierung der DNA und Modifikationen an den Histonproteinen, um die DNA in der Chromatinstruktur zu verpacken, sind Beispiele für solche Mechanismen, die es der Zelle ermöglichen, auf äußere oder innere Signale zu reagieren und die Genexpression fein abzustimmen.

Die DNA-Transkription ist also ein hochkomplexer, aber äußerst wichtiger Prozess, der nicht nur das Fundament für die Proteinbiosynthese bildet, sondern auch in die tiefgehende Regulation der Zellfunktionen eingebunden ist. Ihre Präzision und Flexibilität machen sie zu einem Schlüsselelement für das Verständnis biologischer Prozesse, von der Zellteilung und Entwicklung bis hin zur Reaktion auf Umweltveränderungen und Krankheiten.