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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Wenn Dir die Folge gefallen hat, würde ich mich über eine 5-Sterne-Bewertung auf iTunes sehr freuen!

Christian Schweda

Podcasthost

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