Die molekulare Übersetzung der Proteinsynthese

Übersetzung: Die Rolle der tRNA und des Ribosoms

Die Transfer-RNA (tRNA) besitzt eine Sequenz, die komplementär zu einem spezifischen mRNA-Triplett ist. Diese Erkennungssequenz wird als Anticodon bezeichnet. Die tRNA erkennt nicht nur das Triplett, sondern muss auch die entsprechende Aminosäure tragen.

Die Verknüpfung jeder Aminosäure mit ihrer entsprechenden tRNA wird durch ein Enzym, die Aminoacyl-tRNA-Synthetase, katalysiert. Dieses Enzym bindet an einen spezifischen Abschnitt der tRNA und benötigt Energie in Form von ATP für die Aufnahme der Aminosäure. Die beladene tRNA wird als Aminoacyl-tRNA bezeichnet.

Es existieren 20 essentielle Aminosäuren, mindestens 20 verschiedene tRNAs und ebenso viele Aminoacyl-tRNA-Synthetasen.

Die tRNA-Adapter übersetzen die Sequenz der mRNA in ein Protein. Der genetische Code wird durch Decoder übersetzt, wobei das Ribosom sequenziell agiert. Im Ribosom gibt es Bindungsstellen für RNA. Die kleine ribosomale Untereinheit besitzt drei Bindungsstellen: zwei für die tRNA (A- und P-Stelle) und eine für die mRNA.

Phasen der Proteinsynthese

Die Translation hat 3 Phasen:

1. Initiation (Einleitung)

• Die kleine Untereinheit des Ribosoms bindet am 5'-Ende an die mRNA.
• Das Startcodon gelangt zur P-Stelle, welche durch die komplementäre Aminoacyl-tRNA (UAC) besetzt wird.
• Diese tRNA trägt die Aminosäure Methionin (Met) in Eukaryoten bzw. Formylmethionin (fMet) in Prokaryoten.
• Der gesamte Komplex aus ribosomalen Untereinheiten, mRNA und tRNA bildet den Initiationskomplex.
• Diese Phase wird durch Proteine, die sogenannten Initiationsfaktoren, katalysiert.

2. Elongation (Dehnung)

Die Elongation besteht aus drei Sub-Phasen:

1. Codon-Erkennung: Das folgende mRNA-Codon wird an der A-Stelle (Aminoacyl-Stelle) freigelegt, wo die entsprechende Aminoacyl-tRNA eintrifft.
2. Peptidbindung: Die Peptidyltransferase katalysiert den Mechanismus, bei dem die in der P-Stelle (Peptidyl-Stelle) befindliche Aminosäure von ihrer tRNA getrennt wird und mittels einer Peptidbindung an die Aminosäure in der A-Stelle gebunden wird. Dieses Enzym ist eine ribosomale RNA (rRNA) der großen Untereinheit mit katalytischer Aktivität.
3. Translokation: Die Aminoacyl-tRNA in der A-Stelle wird zur P-Stelle verschoben. Die entladene tRNA wird von der P-Stelle zur E-Stelle (Exit) verschoben und ausgeworfen. Das Ribosom bewegt sich genau drei Nukleotide entlang der mRNA, wodurch ein neues Codon an der A-Stelle freigelegt wird und der Zyklus von Neuem beginnt. Verschiedene Elongationsfaktoren dienen als Katalysatoren in dieser Phase.

3. Termination (Beendigung)

• Wenn an der A-Stelle ein Stopp-Codon auftritt, gibt es keine komplementäre tRNA.
• Stattdessen bindet ein Freisetzungsfaktor (Release Factor) an die A-Stelle, welcher die Trennung des Polypeptids katalysiert.
• Anschließend wird die mRNA freigesetzt.

Polyribosom (Polysom)

Die Übersetzung einer bestimmten mRNA-Sequenz erfolgt durch zahlreiche Ribosomen, die gleichzeitig agieren. Sobald das erste Ribosom das Startcodon um etwa 80 Nukleotide überschritten hat, initiiert ein neues Ribosom die Übersetzung. Dies führt zu einer Struktur, die als Polyribosom oder Polysom bezeichnet wird und aus einem mRNA-Strang besteht, an den zahlreiche Ribosomen gebunden sind.