Proteinbiosynthese: Transkription, Translation & Mutationen

Proteinbiosynthese (Genexpression)

Transkription

Die Transkription ist der erste Schritt der Proteinbiosynthese und für die Umschreibung der DNA zu mRNA verantwortlich. Die Desoxyribonukleinsäure (DNA) befindet sich im Zellkern (Nukleus) der Zelle. Da an diesem Ort keine Proteine hergestellt werden können, muss der genetische Code zu den Ribosomen (dem Ort der Proteinbiosynthese) gebracht werden. Dies geschieht über die mRNA (messenger-RNA), die eine komplementäre Kopie eines Teilstücks der DNA darstellt.

Bei der Transkription entsteht ein einsträngiger mRNA-Strang, der nur einen Teilabschnitt eines Gens betrifft. Die Replikation synthetisiert dagegen das gesamte Genom doppelt.

1. Initiation

Die RNA-Polymerase bindet sich an die Promotor-Region. Die DNA-Stränge entwinden sich und das Enzym beginnt mit der Ablesung des codogenen Strangs.

2. Elongation

Während der Elongation erfolgt die Umschreibung von DNA zu mRNA. Die RNA-Polymerase bewegt sich in 3'-5'-Richtung am codogenen Strang und synthetisiert einen zur DNA komplementären mRNA-Teilstrang in 5'-3'-Richtung. Das RNA-Molekül löst sich von der DNA und die Doppelhelix schließt sich.

3. Termination

Nach dem Ablesen der Terminatorsequenz löst sich die Polymerase von der DNA und der mRNA-Teilstrang wird freigesetzt.

Translation

Eine mit Aminosäuren (AS) beladene tRNA, deren Anticodon zum Codon der mRNA passt, lagert sich an der A-Stelle des Ribosoms an. Die wachsende Polypeptidkette wird von der tRNA an der P-Stelle auf die AS der tRNA in der A-Stelle übertragen. Das Ribosom bewegt sich entlang der mRNA: Die leere tRNA wandert in die E-Stelle, die tRNA mit der Peptidkette in die P-Stelle. Die freie tRNA löst sich und gelangt ins Cytoplasma, wo sie durch Enzyme erneut mit ihrer spezifischen AS beladen wird.

Legende: 1. mRNA, 2. große ribosomale Untereinheit, 3. kleine ribosomale Untereinheit, 4. E-Stelle, 5. P-Stelle, 6. A-Stelle, 7. beladene tRNA, 8. AS, 9. Polypeptidkette, 10. freie tRNA.

Initiation der Translation

Die kleine Untereinheit des Ribosoms bindet an die mRNA am Start-Codon (AUG). Zwischen dem Anticodon der tRNA und dem Start-Codon entsteht durch Wasserstoffbrücken eine Basenpaarung. Danach vervollständigt die große ribosomale Untereinheit den Komplex.

Elongation der Translation

Die beladene tRNA wandert in die P-Stelle. Eine neue beladene tRNA bindet an der A-Stelle. Es erfolgt die Peptidbindung, der Komplex wandert weiter, und die entladene tRNA verlässt das Ribosom. Dieser Vorgang wiederholt sich in 5'-3'-Richtung bis zum Stop-Codon.

Termination der Translation

Erreicht das Ribosom ein Stop-Codon (UAA, UAG oder UGA), bricht die Translation ab, da keine passende tRNA existiert. Die Polypeptidkette wird freigesetzt und die Ribosomen-Untereinheiten fallen ab.

Mutationen

Mutationen sind zufällige Veränderungen des Erbgutes. Sie betreffen zunächst nur eine Zelle, werden aber an alle Tochterzellen weitergegeben.

• Mutagene: Äußere Einwirkungen, die Mutationen auslösen.
• Mutanten: Träger einer mutierten Erbanlage.

Arten von Mutationen

1. Körperzellen (somatische Mutation): Werden nicht an Nachkommen weitergegeben. Führen zu Anomalien oder Krankheiten (z. B. Stoffwechselstörungen, Tumoren/Krebs).
2. Keimbahnzellen (generative Mutationen): Können an kommende Generationen weitergegeben werden.

Mutationstypen

• Genmutation: Veränderung im Molekulargefüge (Punktmutation: Basenaustausch; Rastermutation: Insertion/Deletion).
• Chromosomenmutation: Strukturveränderung (Deletion, Inversion, Translokation, Duplikation).
• Genommutation: Veränderung der Chromosomenanzahl (z. B. Trisomie oder Verlust eines Chromosoms).

Mutagenetypen

• Chemische Mutagene (z. B. Basenanaloga)
• Physikalische Mutagene (z. B. Röntgenstrahlung)