Proteinbiosynthese und Genexpression

Proteinbiosynthese

1. Initiation

Zusammenlagerung des Ribosoms an der mRNA. Diese bleibt zwischen der großen und der kleinen Untereinheit des Ribosoms. Das Ribosom positioniert sich auf der mRNA immer dort, wo ein Startcodon vorhanden ist, sonst kann die Elongation nicht starten.

2. Elongation

Mit einer Aminosäure (AS) beladen, bindet sich die tRNA an die A-Stelle im Ribosom. Diese wurde mithilfe der Aminoacyl-tRNA-Synthetase verknüpft. Die P-Stelle ist die Stelle neben der A-Stelle, wo sich schon eine tRNA befindet, entweder am Startcodon oder eine vorherige verknüpfte tRNA. Die zwei AS der beiden tRNAs verknüpfen sich unter Energieverbrauch zu einem Dipeptid.

Danach rutscht das Ribosom um ein Triplett in Richtung 3' weiter, und währenddessen wird die leere tRNA entlassen. Der Prozess wiederholt sich, bis das Ribosom ein Stoppcodon erreicht.

3. Termination

Der Releasefaktor dockt am Stoppcodon an, und dann trennen sich die kleine und die große Untereinheit voneinander, sowie die mRNA und das entstehende Peptid.

Auswirkung von Genmutationen auf Proteine

Wenn die DNA-Basenreihenfolge verändert wird, ändert sich natürlich auch die Reihenfolge der mRNA.

Eine Mutation kann zu einer falschen Aminosäure führen (Missense-Mutation). Oder eine Veränderung kann auch zur gleichen Aminosäure führen und somit keine Auswirkungen haben (stille Mutation).

Oft entstehen dann funktionsfähige Proteine.

Oder es kann zu einer Nonsense-Mutation kommen, also einem vorzeitigen Stoppcodon.

Stoppcodon bzw. Nonsense bedeutet, dass diese Sequenz zu einem Stopp des Ablesens führt.

Das Protein ist daher möglicherweise verkürzt.

Wenn es verkürzt ist oder eine falsche Aminosäure hat, kann es oft seine Funktion nicht erfüllen, da es nicht richtig gefaltet ist.

RNA-Prozessierung

5'-Ende

Anhängen der Cap-Struktur aus einem veränderten Guaninnukleotid.

Schützt vor Abbau durch Enzyme und hilft bei der Bindung der mRNA an Ribosomen.

3'-Ende

Anhängen des Poly-A-Schwanzes (circa 250 Adenin-Nukleotide).

Schützt vor Abbau durch Enzyme, erleichtert den Transport der RNA aus dem Kern.

Der genetische Code

Die Übersetzung der mRNA-Tripletts in AS wird durch eine Codesonne dargestellt. Diese wird von innen (5') nach außen (3') gelesen. Jeder Buchstabe der drei inneren Ringe steht für eine Base. Jeweils drei Basen bilden ein Codon. AUG ist das Startcodon, UAG, UAA und UGA sind Stoppcodons. Im äußeren Ring stehen die Abkürzungen für die AS. Die meisten AS sind mehrfach verschlüsselt. Die Codesonne ist redundant.

Da der Code universell ist, kann man Nukleotidsequenzen von einer Art auf die andere übertragen, und sie werden dort verstanden und in Proteine übersetzt. (Dies wird in der Gentechnik genutzt.)

• Universell: gilt für alle Lebensformen
• Eindeutig: Immer ein Triplett für genau eine AS festgelegt.
• Degeneriert/redundant: mehrere Tripletts bestimmen eine AS.
• Nicht überlappend: nach einem Triplett kommt das nächste, mit drei neuen Basen.
• Kommafrei: keine Base dient als Komma, zwischen den Codons gibt es keine Lücken, alle Nukleotide werden gelesen.

Basen

• A = Adenin
• G = Guanin
• U = Uracil
• C = Cytosin
• T = Thymin

DNA-Stränge

DNA Sense zu DNA Antisense (3' ... 5')
DNA-Strang zu komplementärem Strang
Guanin wird Cytosin | Cytosin wird Guanin
Adenin wird Thymin | Thymin wird Adenin

Antisense zu mRNA
Kopiere den DNA-Sense-Strang, aber ändere die T (Thymin) des Antisense-Strangs zu U (Uracil).