Blog der Abistokratin

Ziel der Proteinbiosynthese:

• Die Information auf dem codogenen Strang der DNA soll auf eine messengerRNA übertragen werden. Die Sequenz der Basen auf der DNA, bzw. später auf der mRNA wird dazu benötigt um bei der Translation Proteine zu bilden, deren Aminosäuren in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sein sollen. Die Reihenfolge ist im Prinzip schon auf der DNA als Information enthalten und wird nun auf die mRNA übertragen.   

 Transkription  

Phase1: Initiation  

• Die RNA-Polymerase setzt an einer bestimmten Basensequenz der DNA an, die Promotor genannt wird. Auf die Promotor-Sequenz folgt entlang des codogenen Stranges in 3′-5′-Richtung der zu transkribierende DNA-Bereich.

• Unmittelbar vor dem Bereich, der transkribiert werden soll, wird der DNA-Doppelstrang von der RNA-Polymerase aufgetrennt, sodass die ersten Nucleotide des zu transkribierenden Bereichs frei liegen.

 Phase2: Elongation  

• Die RNA-Nucleotide sind im Überschuss vorhanden und bewegen sich frei in der umgebenden Zellflüssigkeit. Sie lagern sich komplementär zu den Basen des codogenen Strangs an diesen an. Komplementär zu Adenin ist bei der RNA nicht Thymin sondern Uracil. Die RNA-Polymerase verknüpft die Nucleotide.

• Die RNA-Polymerase bewegt sich an der DNA entlang und bewirkt das weitere Auftrennen der Doppelhelix. Komplementär zum codogenen Strang lagert sich das nächste RNA-Nucleotid an und wird mit dem 3′-Ende des bisher gebildeten mRNA-Strangs verknüpft.

• Der von 5′ nach 3′ wachsende mRNA-Strang löst sich am anderen Ende der Transkriptionsblase vom codogenen Strang, sodass sich die Doppelhelix dort wieder schließen kann. 

 Phase3: Termination  

• Die Transkription der Terminator-Sequenz ist ein Signal für die RNA-Polymerase, die Verlängerung des mRNA-Strangs einzustellen. Die fertige mRNA (= messengerRNA) löst sich auf ganzer Länge vom codogenen DNA-Strang und wird von der RNA-Polymerase freigegeben.

• Die Aufdehnung der Doppelhelix wird aufgehoben und die beiden DNA-Stränge schließen sich wieder aufgrund ihrer komplementären Basensequenz.

• Die RNA-Polymerase hat den gesamten Bereich nach der Promotor-Sequenz bis einschließlich der Terminator-Sequenz transkribiert. Schließlich löst sich die RNA-Polymerase von der DNA-Doppelhelix.

 Translation 

Die Translation findet an den Ribosomen statt. Dort wird die in der mRNA enthaltene Basensequenz in die Aminosäuresequenz eines Proteins “übersetzt”. Für den Transport von Aminosäuren zu den Ribosomen wird die tRNA benötigt.

Elemente:

• Enzym Synthetase
• Aminosäuren (20 Verschiedene)
• tRNA (transferRNA)
• mRNA (messengerRNA)
• Ribosom
• Enzym Release Factor (RF)

Die tRNA:

• Das Enzym Synthetase umfasst die tRNA und katalysiert die Reaktion bei der sich eine Aminosäure an die Aminosäure-Akzeptorregion der tRNA (am kurzen Arm) anlagert. Diese Verbindung geschieht entsprechend den Regeln des genetischen Codes. Je nach Anticodon am unteren Teil der tRNA kann sich nur die dazu passende Aminosäure anlagern.

• Der Anticodon ist verantwortlich für die Bindung der tRNA an die mRNA bzw. die Bindung an die komplementären Triplettcodons der mRNA. Es handelt sich dabei um drei freie Nucleotide, die für jede tRNA charakteristisch sind.

Phase1: Initiation  

• Zu Beginn der Translation lagert sich die kleinere Untereinheit eines Ribosoms an einer spezifischen Bindungsstelle am 5′-Ende der mRNA an. Anschließend bewegt sie sich in 5′-3′-Richtung an der mRNA entlang, bis ein Startcodon (AUG) erreicht wird.

• Die tRNA-Moleküle bewegen sich frei in der Zellflüssigkeit. Nur die tRNA-Moleküle mit zur mRNA komplementärem Anticodon können entsprechend der Basenpaarung binden.

• Die Start-tRNA bindet mit ihrem entsprechenden Anticodon an das mRNA-Startcodon AUG. Gemäß dem genetischen Code ist diese tRNA mit der Aminosäure Methionin (Met) beladen. Nachdem der Startkomplex aus mRNA, kleiner Ribosomenuntereinheit und Methionin-tRNA gebildet wurde, tritt die größere Untereinheit des Ribosoms hinzu.

 Phase2: Elongation  

• Das Ribosom besitzt zwei Bindungsstellen für tRNAs, die direkt über Basentripletts der mRNA liegen, A und P. Die Start-tRNA besetzt zu Beginn den Ausgang P (Peptidyl-Bindungsstelle), das folgende freie Triplett liegt im Eingang A (Aminoacyl-Bindungsstelle). Hier lagert sich nun eine der mRNA komplementäre tRNA an, die mit einer entsprechenden Aminosäure beladen ist.

• Die beiden Aminosäuren, die an die tRNAs an den Positionen P und A gebunden sind, werden durch eine Peptidbindung miteinander verknüpft.

• Die Bindung zwischen der Aminosäure Methionin (Met) und der Start-tRNA wird aufgelöst und die freie tRNA verlässt den Ausgangsbereich P des Ribosoms. Sie kann im Cytoplasma erneut mit der zugehörigen Aminosäure beladen werden.

• Das Ribosom bewegt sich um ein Basentriplett weiter. Die zweite tRNA befindet sich nun im Ausgangsbereich P des Ribosoms und der Eingangsbereich A ist für die nächste tRNA frei, die an die mRNA bindet. Eine neue Aminosäure wird angeknüpft.

• Das Ribosom bewegt sich weiter an der mRNA entlang, wobei kontinuierlich neue Aminosäuren von tRNAs hinzugefügt werden. Die Aminosäurekette wird solange erweitert, bis das Ribosom eines der Stoppcodons (UAA, UAG, UGA) erreicht.

 Phase3: Termination  

• Für die Stoppcodons UAA, UAG und UGA gibt es keine tRNA mit einem komplementären Anticodon. Befindet sich eines der Stoppcodons im Eingangsbereich A des Ribosoms, kann also keine tRNA daran binden. Stattdessen besetzt ein Enzym namens Release Factor (RF) den Eingang A.

• Der gebundene Release Factor spaltet das fertige Polypeptid von der letzten tRNA. Außerdem trennt sich das Ribosom von der abgelesenen mRNA und zerfällt in seine beiden Untereinheiten. Früher oder später wird die mRNA in ihre einzelnen Nucleotide zersetzt.