Die Translation: Synthese des Proteins
Die Struktur der DNA
Ein mRNA-Molekül kann mehrere Male hintereinander zur Translation benutzt werden, d.h. von einem mRNA-Molekül können mehrere identische Proteinmoleküle synthetisiert werden. Das Wort Translation stammt vom lateinischen "transferre" und bedeutet übertragen. Und das ist auch genau das, was die Ribosomen machen: sie übertragen die durch das Startcodon AUG festgelegte Codonfolge auf der mRNA in die Aminosäurefolge im Protein.
Dazu braucht man, neben der mRNA und den Ribosomen, natürlich auch die Bausteine der Proteine, die Aminosäuren. Viele Aminosäuren kann die Zelle in ihrem Stoffwechsel aufbauen, einige sind aber essentiell, d.h. die Zelle kann sie nicht selbst synthetisieren. Diese essentiellen Aminosäuren müssen daher mit der Nahrung aufgenommen werden, damit die Zelle ihre Proteine aufbauen kann. Die Aminosäuren werden mittels eines für jede Aminosäure spezifischen "Verbindungsmoleküls", der Transfer-RNA oder auch abgekürzt tRNA, zu den Ribosomen transportiert. Diese Verbindungsmoleküle haben ihren Namen daher, dass sie die Aminosäure, mit der sie am einen Ende verbunden sind, indirekt mit der mRNA in Kontakt bringen. Bei zweidimensionaler Darstellung ähnelt sie einem Kleeblatt.
Man kann sich das Ribosom wie eine Perle vorstellen, durch welche die "mRNA-Schnur" gezogen wird. Innerhalb der Perle, im Tunnel, warten die Verbindungsmoleküle ("Adapter") mit den 20 verschiedenen Aminosäuren. Auf der Gegenseite der Aminosäurebindestelle tragen die Adapter eine Struktur, die wir als Anticodon bezeichnen: Anticodons bestehen aus Basentripletts, die komplementär zu den mRNA-Codons sind. Beim Einfädeln der mRNA gelangt als erstes das Startcodon AUG in den Tunnel. Das Verbindungsmolekül, das als Anticodon die Basenfolge UAC trägt, kann jetzt mit der mRNA paaren. Auf der anderen Seite trägt dieses Verbindungsmolekül die Aminosäure Methionin, die entsprechend dem genetischen Code durch das Startcodon AUG codiert wird. Damit ist der Leserahmen für die mRNA festgelegt, d.h. sie ist jetzt in Tripletts bzw. Codons gerastert (bei Verschiebung dieses Rahmens um nur eine Stelle würde ein völlig anderes - meist ein funktionsloses - Protein entstehen).
Im nächsten Schritt wird die mRNA ein Stückchen weiter eingefädelt und das nächste passende Verbindungsmolekül, das wiederum die entsprechende, zum Codon auf der mRNA passende Aminosäure trägt, kann über die Basenpaarung seinen Platz einnehmen. Die Aminosäuren der beiden Verbindungsmoleküle befinden sich jetzt direkt nebeneinander und werden von einem Enzym, das im Ribosom aktiv ist, verknüpft. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis alle Codons auf der mRNA nacheinander von Verbindungsmolekülen mit ihren Anticodons besetzt und die entsprechenden Aminosäuren zum Protein verknüpft worden sind. Während die Aminosäurekette dabei am einen Ende wächst, lösen sich die Verbindungsmoleküle vom anderen, bereits fertigen Ende wieder ab. Wenn die mRNA soweit durch das Ribosom durchgefädelt ist, dass ein Terminationscodon an ihrem Ende in den Tunnel gelangt, wird die Translation beendet, denn für diese Codons existieren keine Verbindungsmoleküle. Die fertige Aminosäurekette faltet sich am Ende zu einer Raumstruktur auf, es entsteht das biologisch aktive Protein .
Die bei der Transkription hergestellte mRNA-Kopie wandert zu den Proteinsynthesefabriken, den Ribosomen, wo der zweite Schritt zur Umsetzung der DNA-Information in Proteinprodukte stattfindet. Die mRNA wird in die Ribosomen eingefädelt und bildet hier, ausgehend vom Startcodon AUG, durch welches das Leseraster festgelegt ist, nacheinander mit passenden Verbindungsmolekülen Basentriplettpaarungen aus.
Für alle Codons auf der mRNA, die nach dem genetischen Code eine Aminosäure festlegen, gibt es ein Verbindungsmolekül mit einer passenden Anticodonstruktur. Die Verbindungsmoleküle mit passendem, komplementären Anticodon sind auf der gegenüberliegenden Seite mit der Aminosäure verbunden, die nach dem genetischen Code dem mRNA-Codon entspricht. Die Aminosäuren an den Verbindungsmolekülen, die durch die Codon-Anticodon-Basenpaarungen der RNA mit den Verbindungsmolekülen nebeneinander aufgereiht sind, werden durch Enzyme im Ribosom miteinander verknüpft.
Auf diese Weise wächst das entstehende Protein solange, bis ein Stoppcodon erreicht wird: für diese Dreiersequenz existiert kein Verbindungsmolekül mit passendem Anticodon, die Translation bricht ab. Das fertige Protein wird aus der Fabrik (dem Ribosom) entlassen. Mit der Anticodonstruktur bindet das Verbindungsmolekül Transfer-RNA an die Codons der Boten-RNA (mRNA). An die Aminosäurebindestelle ist die Aminosäure gekoppelt, die dem rRNA-Codon gemäß dem genetischen Code entspricht. Die einzelsträngige tRNA weist doppelsträngige Bereich auf, die durch Basenpaarung verschiedener Teile des Einzelstranges zustande kommen.
Quelle: BLL