Proteinbiosynthese: Translation, Elongation & Termination
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Die Translation: Einleitung in die Proteinbiosynthese
Die Translation ist die erste Stufe der Proteinbiosynthese. Dabei bindet die mRNA an die kleine Untereinheit der Ribosomen. Anschließend bindet eine Aminoacyl-tRNA, deren Anticodon, ein Triplett von Nukleotiden, komplementär zum ersten Codon der mRNA ist. Diese Gruppe von Molekülen, zu der sich weitere ribosomale Untereinheiten gesellen, bildet den ribosomalen Komplex oder aktiven Komplex. All diese Prozesse werden durch sogenannte Initiationsfaktoren (IF) katalysiert. Das erste zu übersetzende Codon ist in der Regel AUG, das bei Eukaryoten der Aminosäure Methionin entspricht. Bei Prokaryoten ist es Formylmethionin.
Elongation: Verlängerung der Polypeptidkette
Der ribosomale Komplex verfügt über zwei Bindungsstellen oder Zentren: Das Peptidyl-Zentrum (P-Stelle), wo sich die erste Aminoacyl-tRNA befindet, und das Aminoacyl-Zentrum (A-Stelle), die neue Akzeptorstelle für Aminoacyl-tRNA. Die terminale Carboxylgruppe (-COOH) der bereits synthetisierten Aminosäurekette verbindet sich mit der terminalen Aminogruppe (-NH2) der neu hinzugefügten Aminosäure durch eine Peptidbindung. Diese Bindung wird durch das Enzym Peptidyltransferase katalysiert. Die P-Stelle ist nun von einer tRNA besetzt, die keine Aminosäure mehr trägt. Die freie tRNA verlässt das Ribosom. Es kommt zur ribosomalen Translokation. Die Dipeptidyl-tRNA befindet sich nun in der P-Stelle. Dieser Schritt wird durch Elongationsfaktoren (EF) katalysiert und erfordert GTP. Nach der Bindung des dritten Codons erscheint die dritte Aminoacyl-tRNA und besetzt die A-Stelle. Dann bildet sich das Tripeptid in der A-Stelle, gefolgt von einer weiteren ribosomalen Translokation. Diese Schritte können mehrfach, sogar hunderte Male, wiederholt werden, abhängig von der Länge des Polypeptids. Die ribosomale Translokation beinhaltet eine Verschiebung des Ribosoms entlang der mRNA in 5'->3'-Richtung.
Termination: Abschluss der Polypeptidketten-Synthese
Die Codons UAA, UAG und UGA sind Stopp-Codons, die für keine Aminosäure kodieren und das Ende der Proteinsynthese signalisieren. Es gibt keine tRNA, deren Anticodon komplementär zu diesen Stopp-Codons ist, wodurch die Biosynthese des Polypeptids beendet wird. Dies signalisiert, dass die Polypeptidkette vollständig synthetisiert wurde. Dieser Prozess wird durch Freisetzungsfaktoren (Release Factors) reguliert, die an der A-Stelle binden und die Peptidyltransferase dazu veranlassen, die Bindung zwischen der tRNA und der Polypeptidkette durch Hydrolyse zu spalten. Ist die mRNA lang genug, kann sie von mehreren Ribosomen gleichzeitig gelesen werden, die sich nacheinander anlagern. Unter dem Elektronenmikroskop sind diese Ribosomen als eine Kette sichtbar, die als Polyribosom oder Polysom bezeichnet wird.
Sobald die Synthese eines Proteins abgeschlossen ist, wird die mRNA freigegeben und kann erneut abgelesen werden. Tatsächlich beginnen oft schon neue Ribosomen mit der Translation, bevor die Synthese eines Proteins abgeschlossen ist, sodass ein einzelnes mRNA-Molekül von mehreren Ribosomen gleichzeitig genutzt wird.