23 Grundlagen der Genetik 1.6 Die Translation Bei der Translation wird die Basensequenz in die Aminosäuresequenz übersetzt Aus der mRNA-Basensequenz muss die Zelle nun ein Protein bauen, also Aminosäuren in der gewünschten Reihenfolge aneinanderketten. Dieser als Translation bezeichnete Vorgang erfolgt in allen Zellen nach demselben Mechanismus an den Ribosomen. Wie dieses Aneinanderketten genau funktioniert, wird im Folgenden erklärt und ist in Abbildung 19 dargestellt: Als Vermittlerin der Translation arbeitet die transfer-RNA (tRNA). Diese Art von RNA zeigt eine spezifische Struktur (kAbb. 17): An einem Ende hat sie eine Erkennungsstelle für ein Basentriplett der mRNA. Dieses Triplett ist komplementär zu einem Codon der mRNA und heißt demnach Anticodon. Am anderen Ende der tRNA haftet die Aminosäure, die zu diesem Codon gehört. Mit diesen beiden Bindungsstellen gleicht die tRNA einem Adapter zwischen mRNA und Aminosäure. Die „Beladung“ der tRNA mit der zum Anticodon gehörenden Aminosäure wird durch ein spezifisches Enzym katalysiert, die Aminoacyl-tRNA- Synthetase (kAbb. 18). Dieses Enzym ist der eigentliche Dolmetscher der Nukleinsäure- Sprache in die Protein-Sprache. Die mit ihren Aminosäuren beladenen tRNA-Moleküle gelangen zu den Ribosomen. Dort werden die Aminosäuren in der durch die mRNA vorgegebenen Reihenfolge verbunden. Dazu legt sich der mRNA-Strang zwischen die beiden Untereinheiten des Ribosoms. Die mRNA-Tripletts sind dort so ausgerichtet, dass jeweils ein Anticodon der tRNA binden kann. Die Translation startet, wenn eine tRNA mit dem Anticodon UAC an das Startcodon (AUG) der mRNA bindet (kAbb. 19a). Dort bindet die tRNA, die mit der Aminosäure Met (Methionin) beladen ist. Am folgenden Codon (hier: CCG) bindet die nächste passende tRNA, beladen mit Pro (Prolin), das sich mit Met verbindet (kAbb. 19b und c). Die mRNA rückt ein Codon weiter in 5’-Richtung. Dadurch wird die entladene tRNA freigesetzt. Eine weitere Aminosäure (hier Tyrosin, Tyr) kann an das nächste Codon binden (kAbb. 19d). Dies schreitet voran, bis ein Stopp-Codon erreicht wird (kAbb. 19e). Dann zerfällt das Ribosom, die Aminosäurekette wird frei (kAbb. 19f). Die mRNA wurde sozusagen durch das Ribosom hindurchgefädelt und ist nun für eine weitere Translation bereit. Mit der COVID-19-Pandemie sind mRNA-Impfstoffe bekannt geworden: Dabei wird – wie der Name sagt – mRNA verimpft (verpackt in Lipid- Nanopartikel), die in die Zelle gelangt und dort direkt die Translation auslöst. Das gewünschte Protein wird hergestellt, die mRNA danach rasch wieder aufgelöst. In den Ribosomen werden tRNA-Moleküle mit Aminosäuren so mit der mRNA in Kontakt gebracht, dass die Aminosäuren zu einer Kette verbunden werden Struktur und Funktion Die tRNA stellt ein gutes Beispiel des Form-Funktions-Zusammenhangs auf molekularer Ebene dar: Das Molekül formt sich von selbst (durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen), sodass die Form entsteht, die dem Zweck entspricht: Ein Adapter, der in die Öffnung der Ribosomen passt (Schlüssel-SchlossPrinzip). Anticodon Bindungsstelle für Aminosäure Wasserstoffbrückenbindung Ribonukleinsäure (RNA) Strukturmodell der tRNA Symbol für tRNA Abb.17: transferRNA. Die tRNA hat eine Erkennungsstelle für das mRNA-Molekül, das Anticodon sowie eine Bindungsstelle für die zugehörige Aminosäure. Met Met ATP ADP Spezifische Enzyme beladen das tRNA-Molekül mit der passenden Aminosäure. Jede der 20 Aminosäuren hat ihren eigenen Typ von tRNA. Met Me et Aminosäure-Stelle ATP-Stelle Aminoacyl-tRNA-Synthetase Aminosäure beladene tRNA tRNA P Abb.18: Beladung der tRNA. Die passende Aminosäure wird mittels eines Enzyms, der Aminoacyl-tRNA-Synthetase, an die jeweilige tRNA angehängt. Dies erfolgt unter Verbrauch von Energie (in Form von ATP). Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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