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! Hier kommst du zurück zur Folgenübersicht!