Folge 041 – Ablauf der Translation (Biologie) | Genetik Teil 13

Inhalt der Folge:

• In dieser Podcastfolge geht es um den Ablauf der Translation.

Ablauf der Translation

Beim Ablauf der Translation spielen sowohl Ribosomen, als auch t-RNA’s (transfer RNA’s) eine große Rolle.
Deshalb müssen wir uns auch kurz den grundlegenden Aufbau und die Funktionsweise der Ribosomen und t-RNA’s angucken.

Aber fangen wir erstmal mit der Definition von Translation an.

Definition: Translation

• Die Translation ist die eigentliche Synthese der Proteine, bei der die Basensequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz des Proteins „übersetzt“ wird.
  • • Mit der Synthese von Proteinen ist die Verknüpfung der einzelnen Aminosäuren durch Peptidbindungen zu unverzweigten Polypeptidketten (Proteinen) gemeint.
• Die Übersetzung der Basensequenz einer mRNA in die Aminosäuresequenz eines Proteins geschieht auf Grundlage des genetischen Codes.
• Der genetische Code ist die universelle Programmiersprache, die die Information der Gene verschlüsselt (Genetischer Code = Übersetzungsregeln).
• Die Codierungseinheiten des genetischen Codes nennt man Codone.
• Und Codone sind nichts anderes als drei aufeinanderfolgende Ribonukleotide einer mRNA, die eine bestimmte Aminosäure codieren.
• Wenn Ihr euer Wissen zum genetischen Code weiter auffrischen wollt, hört euch bitte nochmal Folge 033 an!
• Die Übersetzung der Basensequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz geschieht mit Hilfe sogenannter t-RNA’s und findet an den Ribosomen statt!
• Die Basensequenz der mRNA wird während der Translation außerdem in 5’→3′-Richtung übersetzt, also in genau der gleichen Richtung in der die mRNA bei der Transkription synthetisiert wird!

Aufbau und Funktionsweise der Ribosomen

• Ribosomen sind die Orte, an denen Proteine hergestellt werden und befinden sich im Cytoplasma der Zellen.
• Ribosomen bestehen zu ca. zwei Dritteln aus rRNA (ribosomaler RNA) und zu einem Drittel aus Proteinen.
• Sie setzten sich aus zwei unterschiedlich großen Untereinheiten, mit jeweils unterschiedlichen Funktionen, zusammen.
  • Da wäre zum Einen die kleine Untereinheit, die sichert, dass die mRNA eingefädelt (mit dem 5′-Ende voran) und gebunden werden kann.
  • Und zum Anderen wäre da noch die große Untereinheit, die die Ausbildung der Peptidbindungen zwischen den Aminosäuren, also die Synthese der Polypeptidketten (Proteine), katalysiert.
• Die Funktionsweise der Ribosomen während der Translation erfolgt nach dem allosterischen Dreistellenmodell, auf das wir im Laufe der Folge noch weiter eingehen werden.
• Zunächst solltet Ihr euch nur merken, dass ein Ribosom drei verschiedene tRNA-Bindungsstellen besitzt:
  1. Die A-Stelle (Aminoacyl-tRNA-Stelle).
  2. Die P-Stelle (Peptidyl-tRNA-Stelle).
  3. Und die E-Stelle (Exit- bzw. Austrittsstelle).

Aufbau und Funktionsweise der t-RNA

• tRNA’s (transfer Ribonukleinsäuren) bestehen aus einer einzelsträngigen RNA, die in der Regel 73 bis 95 Ribonukleotide lang ist.
  • Diese einzelsträngige RNA bildet allerdings an vier Stellen doppelsträngige Bereiche mit sich selbst aus.
  • Dort liegen sich komplementäre Nukleinbasen gegenüber und paaren sich.
  • Dadurch ergibt sich bei einer zweidimensionalen Darstellung eine Sekundärstruktur, die meiner Meinung nach wie ein kleines „t“ aussieht.
  • Dieses kleine „t“ besteht aus einem Akzeptorstamm und drei Armen (D-Arm, Anticodonarm und T-Arm).
• Die Aufgabe der tRNA’s ist es, bei der Translation die Codone der mRNA zu erkennen und die zugehörigen Aminosäuren zu vermitteln.
  • Dies gelingt mithilfe des Anticodons, dass sich am Ende des Anticodonarms einer tRNA befindet.
  • Sowohl Anticodon als auch Codon bestehen lediglich aus drei Ribonukleotiden.
  • Sind die Nukleinbasen von Codon und Anticodon komplementär zueinander, kann eine Verbindung zwischen mRNA und tRNA hergestellt werden.
  • An das Codon A-U-G kann zum Beispiel nur die tRNA mit dem komplementärem Anticodon U-A-C binden.
  • Als Letztes müsst Ihr nur noch wissen, dass die tRNA’s am Akzeptorstamm mit einer Aminosäure beladen sind und dass tRNA’s aminosäurespezifisch sind.
  • Das bedeutet zum Beispiel, dass die tRNA mit dem Anticodon U-A-C immer nur die Aminosäure Methionin transportiert und niemals eine andere.
  • Passt also Anticodon zu Codon, wird immer gezielt eine spezifische Aminosäure in die Aminosäurekette (Polypeptidkette) eingebaut.

Ablauf der Translation (allosterisches Dreistellenmodell)

Übersicht / Gliederung

1. Überblick
2. Initiation
3. Elongation
4. Termination

Überblick

• Jede aminosäurespezifische tRNA wird im Cytoplasma mit der jeweiligen Aminosäure beladen.
• Diese Bindung zwischen einer tRNA und ihrer passenden Aminosäure wird durch sogenannte Aminoacyl-tRNA-Transferasen (Enzyme) katalysiert.
• Ein tRNA-Molekül, an das die zugehörige Aminosäure gekoppelt ist, nennt man deshalb auch Aminoacyl-tRNA.
• Wie wir bereits wissen, findet die Translation an den Ribosomen statt.
• Und ein Ribosom setzt sich wiederum aus einer kleinen und einer großen Untereinheit zusammen.
• Die kleine Untereinheit des Ribosoms sichert, dass die mRNA eingefädelt (mit dem 5′-Ende voran) und gebunden werden kann.
• Die große Untereinheit des Ribosoms katalysiert die Ausbildung der Peptidbindungen zwischen den Aminosäuren, also die Synthese der Polypeptidketten (Proteine).
• Die eindeutige Zuordnung der Aminoacyl-tRNA’s zur mRNA ist durch das komplementäre Verhältnis von Anticodon (tRNA) und Codon (mRNA) gewährleistet.
• Der genaue Ablauf der Translation lässt sich in drei Phasen aufteilen, die wir nun am Beispiel der bakteriellen Translation besprechen.
• Bei Eukaryoten läuft die Translation sehr ähnlich ab, ist allerdings wie so häufig noch etwas komplexer!

Initiation

• Am Anfang der Translation steht die Bildung eines Initiationskomplexes.
• Eingeleitet wird das Ganze durch die kleine ribosomale Untereinheit.
• Die kleine ribosomale Untereinheit ist nämlich in der Lage, die geeignete Bindungsstelle auf der mRNA zu erkennen und lagert sich dort an.
• Diese Bindungsstelle liegt in unmittelbarer Nähe zum Startcodon A-U-G.
• Die Bindung der kleinen ribosomalen Untereinheit ermöglicht es der Initiator-tRNA, das Startcodon A-U-G zu erkennen und anschließend zu binden.
• Beladen ist die Initiator-tRNA mit der Aminosäure Methionin.
• Zum Abschluss bindet jetzt noch die große ribosomale Untereinheit und vervollständigt damit den Initiationskomplex.
• Die Initiator-tRNA befindet sich jetzt in der P-Stelle.
• Die anderen beiden Stellen (A-Stelle & E-Stelle) sind zu diesem Zeitpunkt noch leer.

Elongation

• In der Wachstumsphase der Aminosäurekette kommt es zur zyklischen Wiederholung von drei Reaktionsschritten.
  1. Der erste Schritt nennt sich Aminoacyl-tRNA-Bindung:
     • Während dieses Schritts bindet eine neue Aminoacyl-tRNA in der A-Stelle des Ribosoms, durch die Anlagerung von Codon (mRNA) und dem dazu passenden Anticodon (Aminoacyl-tRNA).
     • Aktuell befindet sich also die Initiator-tRNA mit der Aminosäure Methionin in der P-Stelle und die neue Aminoacyl-tRNA in der A-Stelle.
  2. Der zweite Schritt nennt sich Peptidyltransfer:
     • Bei diesem Schritt wird die Aminosäure Methionin der Initiator-tRNA unter Aufbau einer Petidbindung auf die Aminosäure in der A-Stelle übertragen.
     • Nach dem Peptidyltransfer ist die tRNA in der P-Stelle immer entladen und die tRNA in der A-Stelle trägt die bereits zum Teil synthetisierte Aminosäurekette.
     • Die tRNA, die die wachsende Aminosäurekette (Polypeptidkette) trägt, nennt man auch Peptidyl-tRNA.
  3. Der dritte und letzte Schritt nennt sich Translokation:
     • Nun rückt die Peptidyl-tRNA zusammen mit der mRNA um ein Codon in die P-Stelle weiter.
     • Die entladene tRNA rückt gleichzeitig von der P-Stelle in die E-Stelle und wird dort vom dem Ribosom wieder abgegeben.
     • Logischerweise ist die A-Stelle währenddessen wieder frei geworden und die nächste Aminoacyl-tRNA mit dem passenden Anticodon kann sich anlagern.
     • Der Reaktionszyklus beginnt von neuem.

• Bei den darauffolgenden Reaktionszyklen wird beim Peptidyltransfer natürlich nicht mehr nur Methionin, sondern die bereits zum Teil synthetisierte Aminosäurekette (Polypeptidkette) auf die Aminosäure der neuen Aminoacyl-tRNA in der A-Stelle übertragen.

Termination

• Sobald eines der drei Stopp-Codone (U-A-A, U-A-G, U-G-A) in der A-Stelle auftritt, wird die Synthese des Proteins abgebrochen.
• Das liegt daran, dass es für diese drei Stopp-Codone keine passende tRNA gibt.
• Im Anschluss lösen sich dann sowohl das fertig synthetisierte Protein, als auch die mRNA vom Ribosom.
• Das Ribosom zerfällt danach wieder in seine beiden Untereinheiten und ist bereit für die nächste Translation.

Und das ist dann auch schon alles, was Ihr über die Translation wissen müsst!

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