Unterabschnitte
Translation
Die Transfer-RNAs sind kleine Moleküle mit einer Länge von 70 bis 90
Nukleotiden. Sie haben eine Adaptorfunktion, da sie mit ihrem einen
Ende an die RNA-Sequenz und mit der anderen an eine Aminosäure binden
können. Durch die Bindung an das der Aminosäure entsprechende
Anticodon wird diese an der richtigen Stelle eingefügt. Durch das
Anheften der Aminosäure am OH-Ende (3') der tRNA wird die Aminosäure
aktiviert und bildet an ihrem COOH-Ende eine energiereiche Bindung,
die eine Peptidbindung erst ermöglicht.
Jede Aminosäure enthält also die Aktivierungsengie für das Ausbilden
einer Bindung zur nächsten Aminosäure.
Die dreidimensionale Struktur
der tRNA enspricht einem L. Diese Konformation wird teilweise durch
eine posttranskriptionelle Modifikation erreicht, bei der einzelne
Nukleotide verändert werden.
Die Kopplung der Aminosäure erfolgt durch spezielle Enzyme, die
Amnioacyl-tRNA-Sythetasen. Diese koppeln die Aminosäuren an ihre
entsprechende tRNA. Diese stellen - ebeso wie die tRNA - einen
Adaptor da.
Der so entstehendet Code wird degeneriert genannt, da immer mehrere
Codons für eine Aminosäure codieren. Drei der Codons stehen allerdings
nicht für eine Aminosäure, sondern für einen Stop der Translation. Für
einige Aminosäuren kann eine tRNA an mehrere Codons binden, bei
anderen gibt es mehrer tRNAs für unterschiedliche Codons. Bei einigen
tRNAs sind auch nur die ersten beiden Nukleotide spezifisch; bei dem
dritten werden auch Fehler zugelassen (Wobble-Basenpaarung).
Die Ribosomen katalysieren die Proteinbiosynthese. Mehr als die Hälfte
des Gewichts eines Ribosoms bildet ribosomale RNA. Diese rRNAs ähneln
sich bei den meisten Organsimen - sowohl bei der grossen wie auch bei
der kleinen Untereinheit - während die Proteine nur schlecht
konserviert sind.
Ribosomen enthalten drei Bindungsstellen für RNA: Zwei für tRNA und
eine für mRNA. Die Peptidyl-tRNA-Bindungsstelle hält die tRNA fest,
die mit dem wachsenden Peptid verbunden ist, während die
Amonacyl-tRNA-Bindungsstelle die neu hinzukommende tRNA aufnimmt. Die
Bindung erfolgt nur dann, wenn Anticodon und mRNA übereinstimmen.
Der erste Schritt, die Initiationsphase ist der wichtigste Schritt,
der das Leseraster des Proteins codiert. Zunächst muss die kleine
Untereinheit so an die mRNA binden, dass sie das AUG-Startcodon
findet.
Dieser schritt wird von Initiationsfaktoren begleitet, die auch für
die Modulation der Proteinsyntheserate verantwortlich sind.
Dann erst bindet auch die grosse Untereinheit. An dieser
Stelle bindet dann die Initiator-tRNA an der P-Stelle und stellt ein
Methionin bereit. Da es normalerweise in jeder mRNA viele AUG-Codons
gibt, beginnt die kleine Untereinheit mit einer Bindung an das 5'-Ende
und bewegt sich bis zum ersten AUG in Richtung 3'-Ende.
Bei Bakterien enthält die RNA hingegen eine Ribosomenbindungssequenz,
an der die Translation beginnt.
Deshalb ist die Bakterien-RNA polycistronisch, d.h. sie codiert im
Gegensatz zur monocistonischen RNA der Eukaryoten mehrere Proteine.
Die eigentliche Synthese besteht aus drei Schritten:
Zunächst bindet die Aminoacyl-tRNA an der A-Stelle neben einer
besetzten P-Bindungsstelle.
Durch die Peptidyltransferase, einen spezifischen RNA-Abschnitt wird
die Aminosäure an das Protein angehängt (Elongation).
Durch GTP-Hydrolyse wird das Ribosom um drei Nukleotide verschoben,
die tRNA löst sich und die tRNA der bisherigen A-Stelle befindet sich
nun in P-Stellung.
Wird ein sogenanntes Stop-Codon erreicht, so verändert bindet eine
Release-Faktor an die Stelle, die normalerweise mit der Aminoacyl-tRNA
zu besetzen wäre und modifiziert dadurch die
Peptidyltransferaseaktivität so, dass diese das Protein von dem
Ribosom trennt und die Synthese stoppt. Das Ribosom zerfällt in seine
Untereinheiten.
Man findet in allen zellen auch sogenannte Polysomen, Ketten von
Ribosomen, die hintereinander angeordnet sind und an mehreren Stellen
einer mRNA gleichzeitig das entsprechende Protein synthetisieren.
Viele tRNAs besitzen zwei aktive Zentren. Eines dient der Beladung mit
einer Aminosäure, das andere dient dazu, falsch gebundene Aminiosäuren
zu entfernen.
Eine weitere Kontrolle bildet der sogenannte Elonfationsfaktor. Dieses
GTP-gekoppelte Protein bindet an die tRNA und verhinder das Knüpfen
einer Peptidbindung. Erst wenn die tRNA das richtige Codon gebundnen
hat wird das GTP hydrolysiert und die Peptidbindung kann sich
ausbilden. Durch die dadurch entstehende Verzögerung ist die
Wahrscheinlichkeite für ein falsches und schwach gebundenes Molkül das
Ribosom zu verlassen vergrössert.
Die meisten Antibiotika blockieren selektiv einen bestimmten Schritt
der Proteinbiosynthese.
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