Proteinbiosynthese bei Eukaryoten PDF

Proteinbiosynthese bei Eukaryoten Die DNA befindet sich im Zellkern, die Proteinsynthese findet an den Ribosomen im Zellplasma statt. Als Vermittler erstellt die mRNA eine einsträngige Kopie der DNA (Transkription) und bringt sie zu den Ribosomen. Den Aufbau des Proteins am Ribosom bezeichnet man a...

Proteinbiosynthese bei Eukaryoten Die DNA befindet sich im Zellkern, die Proteinsynthese findet an den Ribosomen im Zellplasma statt. Als Vermittler erstellt die mRNA eine einsträngige Kopie der DNA (Transkription) und bringt sie zu den Ribosomen. Den Aufbau des Proteins am Ribosom bezeichnet man als Translation. Bei der Transkription wird ein DNA-Abschnitt in die Basensequenz einer mRNA umgeschrieben. Die Transkription wird durch das Enzym RNA-Polymerase katalysiert. Dieses Molekül bindet an eine spezielle Nukleotidsequenz auf der DNA, den Promoter, und beginnt von dort aus in festgelegter Richtung (3‘ -> 5‘) mit der Transkription. Während die RNA- Polymerase an der DNA entlang gleitet, werden die DNA-Stränge entwunden und auf einer Strecke von etwa 20 Nukleotidpaaren die Wasserstoffbrücken zwischen den komplementären Basen getrennt. Nach dem Basenpaarungsprinzip lagern sich komplementäre Nukleotide an und werden mithilfe des Enzyms RNA-Polymerase zu einem RNA-Einzelstrang verbunden. Nur einer der beiden DNA-Einzelstränge wird als codogener Strang abgelesen. Stößt die RNA-Polymerase auf eine Stopp-Sequenz, beendet sie die Transkription. Die m-RNA trennt sich dann von der DNA und wandert durch die Poren der Kernmembran zu den Ribosomen. An den Ribosomen wird nun die Nukleotidsequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz eines Proteins übersetzt - Translation. Ribosomen bestehen aus zwei Untereinheiten, die getrennt voneinander vorliegen, solange das Ribosom inaktiv ist. Erst wenn sich beide Untereinheiten verbinden, kann die Translation beginnen. Dafür sind zwei Schritte nötig. Zunächst nimmt die mRNA mit der kleineren Untereinheit Kontakt auf. Damit sich auch die größere Untereinheit anlagert, muss die tRNA in Aktion treten. tRNA erfüllt die Funktion, Aminosäuren entsprechend der Codonfolge zur mRNA zu bringen. tRNA-Moleküle bestehen aus einer Sequenz von 70-80 Nukleotiden. Da die Nukleotide streckenweise gepaart sind, ergibt sich eine kleeblattähnliche Form. Ein tRNA-Molekül besitzt an einem Ende ein Triplett, das so genannte Anticodon, das komplementär zu einem Codon der mRNA ist. Am anderen Ende befindet sich die Anheftungsstelle für eine spezifische Aminosäure. Die Zuordnung der jeweils „richtigen“ Aminosäure an ein tRNA- Molekül wird durch Enzyme bewirkt, die Synthetasen. Synthetasen haben zwei spezifische Bindungsstellen, eine für tRNA, eine für die Aminosäure. Eine tRNA, die sich über ihr Anticodon mit einem mRNA-Codon paart, ist bereits mit einer Aminosäure beladen. Auf diese Weise wird einem Basentriplett der mRNA eine bestimmte Aminosäure zugewiesen. Da jede mRNA mit dem Startcodon AUG beginnt, trägt das erste tRNA-Molekül das Anticodon UAC und ist mit Methionin verknüpft. Mit der Anlagerung dieser Start-tRNA beginnt die Translation. Nun tritt die große ribosomale Untereinheit hinzu und ein funktionsfähiges Ribosom entsteht. An das zweite Codon der mRNA lagert sich das nächste tRNA-Molekül mit seiner Aminosäure an. Das Ribosom besitzt zwei direkt nebeneinander liegende Bindungsstellen für tRNA-Moleküle. Deren Aminosäuren kommen so nah zusammen, dass sie über eine Peptidbindung miteinander verknüpft werden können. Dann gleiten Ribosom und mRNA um drei Basen aneinander vorbei und das nächste Codon wird zur Paarung angeboten. Aus der Fülle der tRNA-Moleküle kann sich wiederum nur das passende Molekül anlagern. Die nächste Aminosäure gelangt damit in die richtige Position und wird mit der vorhergehenden Aminosäure verknüpft. Auf diese Weise entsteht eine Polypeptidkette mit genau festgelegter Aminosäuresequenz. tRNA-Moleküle, die ihre Aminosäure abgegeben haben, werden wieder frei und können erneut mit „ihrer“ Aminosäure beladen werden. Stopp-Codons in der mRNA beenden die Translation. Die letzte Aminosäure wird von ihrer tRNA gelöst, sowohl das Polypeptid als auch die tRNA verlassen das Ribosom. Anschließend zerfällt der Komplex aus den beiden Untereinheiten des Ribosoms. Reifung der mRNA bei Eukaryoten Eukaryonten-Gene enthalten meist nicht fortlaufend Information, sondern sind durch Nonsens- und andere Sequenzen unterbrochen. Man nennt diese Abschnitte Introns. Codierende Sequenzen werden als Exons bezeichnet. Je komplexer der Organismus, je umfangreicher sind die Introns in deren Gene. Nach dem Abschreiben des Gens, muß es demnach einen Prozess geben, der die Genabschrift (mRNA) so bearbeitet, daß die Introns entfernt werden. Diesen Vorgang nennt man mRNA-Reifung, das Herausschneiden der Introns heißt RNA-Splicing. Das "Splicing" erfordert keine Energie in Form von ATP. Die benötigte Energie ensteht durch das Spalten und Knüpfen von Bindungen. In der Abbildung links ist die mRNA- Reifung am Beispiel der Transcription des Ovalbumin- Gens zu sehen. Vor dem Herausschneiden der Introns wird die mRNA noch für den Transport aus dem Nukleus durch die Kernporen ins Cytoplasma etwas aufbereitet. An das 5´-Ende wird einen Art Kappe aus mehreren 7-Methylguanin-Molekülen (einer modifizierten Base) angehängt, die später wichtig für die Bindung an das Ribosom ist (= Capping). An das 3´-Ende wird eine Sequenz von bis zu 200 AMP-Nukleotide addiert, bekannt als Poly -A. Die Funktion ist noch nicht bekannt (=Polyadenylation). Nun binden für den Transport ins Cytoplasma noch einige Proteine an die mRNA. und der RibonuKleoprotein-Komplex diffundiert zu den Ribosomen. Zusammenfassung der mRNA-Reifung: 1. 5' Ende Modifikation der mRNA (Capping) 2. 3' Ende Modifikation der mRNA (Polyadenylation) 3. Splicing Bei Prokaryonten beginnt die nachfolgende Translation noch während die Transkription im Gang ist, da keine Trennung in Zellkern und Cytoplasma gegeben ist.