© 2019 by Elsevier GmbH

Bitte nutzen Sie das untenstehende Formular um uns Kritik, Fragen oder Anregungen zukommen zu lassen.

Willkommen

Mehr Informationen

B978-3-437-42836-4.00029-1

10.1016/B978-3-437-42836-4.00029-1

978-3-437-42836-4

Abb. 29.1

[L253]

Transkription, Translation, Replikation

Abb. 29.2

[L253]

Schematischer Aufbau eines Gens

Abb. 29.3

[L253]

Translation

RNAs

Tab. 29.1
RNA Funktion
hnRNA/prä-mRNA (heterogeneous nuclear RNA) unmittelbares Produkt der Transkription
mRNA (messenger RNA) entsteht durch Reifung der prä-mRNA und wird bei der Translation als Vorlage zur Synthese des Proteins genutzt
tRNA (transfer RNA) bringt Aminosäuren zum Ribosom
rRNA (ribosomal RNA) Bestandteil der Ribosomen
snRNA (small nuclear RNA) Bestandteil des Spleißosoms, hilft bei der Reifung der prä-mRNA
miRNA (micro RNA) kann Abbau von mRNA auslösen und reguliert auf diese Weise die Proteinbiosynthese nach der Transkription

Transkription und Translation

Transkription

Damit ein Protein synthetisiert werden kann, muss die Information, die in der DNA codiert ist, den Zellkern verlassen. Die Zelle nutzt dafür RNAs, und der Vorgang, bei dem diese gebildet werden, heißt TranskriptionTranskription. In diesem Kapitel werden wir uns genau damit befassen, um uns danach dem Vorgang an den Ribosomen, der Translation, zu widmen (Abb. 29.1).
Wir wollen also die Informationen der DNA zu den Ribosomen bringen, damit ein Protein entstehen kann. Man könnte nun versuchen, das ganze Chromosom aus dem Zellkern zu schleifen. Aber wäre es nicht besser, man würde sich auf genau die Information beschränken, die auch wirklich gebraucht wird? Man könnte nun also das Gen herausschneiden, aber die Gefahr, dass dabei das wertvolle GenGen oder gar das Chromosom zerstört wird, ist zu groß. Daher wird eine Kopie des Gens erstellt, die den Kern verlassen kann, zum Ribosom gelangt, gelesen wird und dann vernichtet werden kann, ohne dass das ursprüngliche Gen in Gefahr gerät.
Was ist überhaupt ein Gen? Ein Gen ist ein Abschnitt der DNA, der für eine RNA codiert, die eine Funktion hat (Abb. 29.2). Entweder wird mithilfe der RNA ein Protein hergestellt oder sie erfüllt selbst Aufgaben, wie etwa die ribosomale RNA.
Um die RNA zu synthetisieren, braucht es ein Enzym, die RNA-PolymeraseRNA-Polymerase. Diese bindet an die Promotorregion, die Bestandteil eines jeden Gens ist. An dieser Bindung sind auch Transkriptionsfaktoren beteiligt, über die reguliert werden kann, wie häufig ein Gen transkribiert wird. Damit die RNA-Polymerase die DNA des Gens auch tatsächlich lesen kann, muss sie lokal den Doppelstrang trennen, denn es wird immer nur von einem Strang abgelesen. Dieser wird auch Matrize oder codogener Strang genannt. Man bezeichnet die Fähigkeit, die Stränge zu trennen, auch als Helikase-Aktivität, da es ein Enzym namens DNA-Helikase gibt, das ebenfalls dazu in der Lage ist.
Die RNA-Polymerase kommt übrigens ohne eine DNA-Helikase aus, trennt die Stränge selbst und beginnt die RNA zu synthetisieren. Dafür knüpft sie freie Nukleotide aneinander. Der genaue Mechanismus wird in der Biochemie wichtig, deswegen solltet ihr euch an dieser Stelle v. a. merken, dass die RNA-Polymerase immer die 3'-OH-Gruppe der bestehenden Kette nutzt, um sie mit einem neuen Nukleotid zu verbinden. Folglich bleibt die 5'-OH-Gruppe des ersten Nukleotids dauerhaft frei. Man sagt deshalb, dass die RNA von 5' nach 3' synthetisiert wird. Die entstehende RNA-Kette wird als prä-mRNAprä-mRNA (das „m“ steht für „messenger“) bzw. hnRNAhnRNA („hn“ steht für heterogeneous nuclear) bezeichnet. Erreicht die RNA-Polymerase die Terminator-Region, die das Ende eines Gens markiert, dissoziiert die RNA-Polymerase von der DNA ab.
Erinnert ihr euch noch daran, dass nur bestimmte Abschnitte der DNA, die Exons, für Proteine codieren? Ein Gen besteht aber sowohl aus Exons als auch aus nicht codierenden Introns. Was macht man nun? Die Introns rausschneiden! Das Ganze ist Teil der Reifung unserer prä-mRNA zur fertigen mRNA.

Reifung der prä-mRNA

5'-Cap
5'-CapDie frisch hergestellte prä-mRNAprä-mRNA muss es nun aus dem Kern zum Ribosom schaffen – wenn möglich, ohne abgebaut zu werden. Dafür knüpft die Zelle an das 5'-Ende der prä-mRNA ein Nukleotid namens 7-Methyl-guanosin. Diese Gruppe wird als Cap und das Anheften der Gruppe als CappingCapping bezeichnet. Die Cap erfüllt gleich mehrere Funktionen:
  • Sie signalisiert der Zelle, dass die mRNA, die die Kappe trägt, nicht abgebaut werden darf, sondern aus dem Kern ins Zytoplasma exportiert werden soll.

  • Außerdem interagiert die Cap mit dem Ribosom und sorgt dafür, dass die mRNA auch tatsächlich erkannt wird.

Poly-A-Ende
Poly-A-EndeAuch das 3'-Ende der mRNA muss vor dem Abbau geschützt werden. Dafür gibt es ein Enzym, das eine bestimmte Sequenz auf der prä-mRNA erkennt und dann 50–200 Adenosinreste anhängt.
Spleißen
SpleißenDamit man auch wirklich von einer reifen mRNA sprechen kann, müssen noch die Introns entfernt werden. Dies geschieht in einem Prozess, der Spleißen genannt wird. Das Spleißen findet an den Spleißosomen statt. Dabei handelt es sich um Strukturen im Zellkern (also gewissermaßen ein Organell in einem Organell), die aus spezieller RNA (small nuclear RNAsmall nuclear RNA) und Proteinen bestehen. Die Reaktionen am Spleißosom führen dazu, dass die Introns zunächst sog. Lasso-Strukturen bilden und dann abgespalten werden. Die abgespaltenen Introns können sogar noch innerhalb des Kerns abgebaut werden und die fertige mRNA ist somit ein gutes Stück kürzer als die ursprüngliche prä-mRNA.

Genetischer Code und Translation

Die reife mRNA verlässt nun den Zellkern und gelangt ins Zytoplasma. Dort lagern sich eine große und eine kleine ribosomale Untereinheit an der mRNA zusammen und bilden ein Ribosom.

Genetischer Code

genetischer CodeDie Ribosomen lesen die Sequenz der mRNA immer in Päckchen aus drei Basen (Tripletts bzw. CodonsCodon). Jedes Codon steht dabei für eine bestimmte Aminosäure, z. B. sagt die Basenfolge AUG dem Ribosom, dass nun Methionin ins Protein eingebaut werden muss. Dabei werden viele Aminosäuren durch mehrere Codons codiert.
Warum sind oft mehrere Codons einer Aminosäure zugeordnet? Weil es mehr Kombinationsmöglichkeiten als proteinogene Aminosäuren gibt. In einem Triplett kann an jeder Position eine der vier Basen der RNA stehen. Folglich existieren 4 × 4 × 4 also 64 Kombinationsmöglichkeiten. Da es beim Menschen nur 21 proteinogene Aminosäuren gibt, können wir eine Aminosäure mehrfach codieren.
Ihr müsst natürlich nicht alle Codons auswendig können, denn dafür gibt es Code-Sonnen. Liest man sie von innen nach außen, erhält man die Basensequenz, die die jeweilige Aminosäure codiert (Anhang, Abb. 53.2). Einige Codons muss man allerdings erkennen können – und zwar die, die dem Ribosom sagen, dass es loslegen muss und die, bei denen das Ribosom weiß, dass die Arbeit getan ist.
  • Das Codon AUG steht für die Aminosäure Methionin und zeigt dem Ribosom, dass jetzt die Sequenz der mRNA beginnt, aufgrund der das Protein synthetisiert wird. Man bezeichnet AUG deshalb auch als Start-Codon.

  • Die Stopp-Codons zeigen dem Ribosom, dass es nun keine Aminosäuren mehr verknüpfen muss, entsprechend codieren sie auch für keine Aminosäure. Es gibt drei Stopp-Codons: UGA, UAA und UAG.

AUf Geht’s MEhr Protein!

Das Start-Codon AUG codiert MEthionin!

Wenn der Start der Translation durch das Codon AUG markiert wird und AUG für Methionin steht, müsste jedes Protein unserer Zellen mit Methionin beginnen, oder? Nein, denn die Proteine werden noch nach der Translation verändert (posttranslational modifiziert). Dabei können u. a. einzelne Aminosäuren oder ganze Sequenzen abgespalten werden, sodass es in unseren Zellen nicht ganz so eintönig aussieht.

Translation

TranslationDamit das Ribosom nun anhand der mRNA Aminosäuren aneinanderknüpfen kann, müssen die Aminosäuren zu ihm gelangen. Hierfür gibt es spezielle RNAs, die tRNAtRNAs (Anhang, Abb. 53.3). Das T steht dabei aber nicht etwa für „Translation“ oder ihre Struktur (die wird nämlich als „kleeblattartig“ bezeichnet), sondern für „transfer“, also ihre Funktion. Jede tRNA wird von einem Enzym namens Aminoacyl-tRNA-Synthetase mit einer Aminosäure beladen – aber nicht jede Aminosäure passt zu jeder tRNA. Auf der tRNA gibt es nämlich auch bedeutsame Tripletts, sog. Anticodons. Diese Anticodons sind komplementär zu den Codons auf der mRNA. Entsprechend wird also die tRNA, die das passende Anticodon zu AUG (UAC) enthält, mit Methionin beladen (schließlich codiert AUG für Methionin).
Gelangt das Ribosom nun auf der mRNA zum Codon AUG, kommt die passende tRNA dazu und bindet mit ihrem AnticodonAnticodon an das Codon der mRNA. Die tRNA fungiert also als eine Art Adapter.
Wenn nun das Ribosom weiterrückt und die tRNA, die zum nächsten Codon passt, dazukommt, kann es eine Peptidbindung zwischen den Aminosäuren knüpfen (Abb. 29.3). So geht es weiter, bis das Ribosom auf ein Stopp-Codon stößt und von der mRNA abdissoziiert.

Die verschiedenen RNAs

RNATypenEinige der verschiedenen RNAs haben wir bereits in diesem Kapitel kennengelernt, von den anderen solltet ihr trotzdem gehört haben (Tab. 29.1).

Zusammenfassung

  • Bei der Transkription entsteht eine RNA, bei der Translation ein Protein.

  • Beim Spleißen werden die Introns aus der prä-mRNA entfernt.

Holen Sie sich die neue Medizinwelten-App!

Schließen