Überblick über die Transkription und Translation
Dieser Beitrag gibt euch einen ersten Überblick darüber, wie Proteine in der Zelle hergestellt werden. Im besonderen stelle ich euch die an der Translation beteiligten RNAs und ihre Funktion vor.
Inhalt
Abb. 1: Übersicht über den Ablauf der Proteinherstellung (Transkription & Translation) und die Funktion der RNAs, die an der Translation beteiligt sind
Die Proteinherstellung in der Zelle erfolgt in zwei Schritten, die Transkription und die Translation. In der Transkription werden die RNAs hergestellt. Im zweiten Schritt der Translation wird mit Hilfe der verschiedenen RNAs am Ribosom, der Proteinproduktionsmaschiene, die Proteine hergestellt.
Schauen wir uns die einzelnen Schritte etwas genauer an.
Transkription
Die wörtliche Übersetzung von Transkription ist umschreiben/überschreiben. Hier wird ein Stück der DNA kopiert, aber nicht in DNA, sondern die Information auf der DNA wird in RNA kopiert. In der Regel betrachtet man in der Transkription nur die proteinogenen RNAs, also die RNAs, deren Information in der Translation dazu dient die Abfolge der Aminosäuren, aus denen die Proteine bestehen, zu bestimmen. Da sind die mRNAs. Die beiden anderen RNAs, die tRNA und die rRNA werden genau nach dem selben Prinzip wie die mRNA hergestellt, nur zu einem anderen Zeitpunkt. Da diese beiden RNAs (tRNA & rRNA) bei jeder Proteinherstellung gebraucht werden, werden sie eigentlich fortlaufend produziert.
Man spricht hier bei der Transkription von „umschreiben“, da DNA und RNA zwar die gleich Information tragen, aber ein anderes Alphabet verwenden. In der RNA wird anstelle von Thymin (T) Uracil (U) eingebaut. Wenn ihr euch auch für die anderen Unterschiede zwischen DNA und RNA interessiert, dann könnt ihr euch in diesem Beitrag informieren: Unterschiede zwischen DNA und RNA.
Die mRNA trägt die Erbinformation von der DNA zum Ribosom
Translation
Am Ribosom in der Zellflüssigkeit (Zytoplasma) findet die Translation statt. Wie in der Abb. 2 dargestellt bindet die mRNA am Ribosom eingefasst zwischen großer Untereinheit (oben) und kleiner Untereinheit (unten). Die mRNA besitzt eine Abfolge der vier verschiedenen Basen Adenin, Uracil, Guanin und Cytosin. Jeweils drei davon hintereinander bilden ein Codon. Diese Codon auf der mRNA kann das entsprechende Gegenstück das Anticodon auf der tRNA binden, das ebenfalls aus drei Basen besteht.
Immer dann wenn Codon und Anticodon zusammenpassen, dann wird die Aminosäurekette, das Protein, an die Aminosäure der neuen tRNA gehangen und das Ribosom rutscht um eine Position weiter. Dadurch verlängert sich die Aminosäurekette um eine Aminosäure. Die tRNA, die die Aminosäurekette abgegeben hat, wird nicht mehr gebraucht und verlässt das Ribosom (linke tRNA). Die vormals nur eine aminosäuretragende tRNA wandert von der rechten Bindestelle zur linken Bindestelle und trägt jetzt die Aminosäurekette, das Protein. Jede tRNA liefert also eine Aminosäure und das Protein verlängert sich, bis das Stoppsignal auf der mRNA erreicht ist. Danach zerlegt sich das Ribosom in seine Untereinheiten und gibt die mRNA frei. Die mRNA kann wieder an ein Ribosom binden und der Prozess der Translation beginnt von vorn.
Abb. 2: Translation am Ribosom – dargestellt ist das Ribosom mit seiner großen Untereinheit (oberhalb der mRNA) und der kleinen Untereinheit (unterhalb der mRNA). Das Ribosom besitzt in dieser Darstellung zwei Bindestellen für die tRNA, die P-Stelle an der die tRNA das Protein trägt (links) und die A-Stelle (hier noch unbesetzt mit einer aminosäure-tragenden tRNA). Die Leserichtung ist vom 5′-Ende zum 3′-Ende der mRNA, angedeutet durch den Pfeil. Die Transkription (Übersetzung von RNA in Aminosäuresequenz) erfolgt durch die Bindung des Anticodon der aminosäure-tragenden tRNA an das Codon der mRNA an der A-Stelle. Die rRNA, die sich im Ribosom befindet ist nicht dargestellt.
Jetzt habt ihr einen kleinen Einblick in die zwei Schritte zur Proteinherstellung bekommen.
Aufgaben der RNAs
Die drei RNAs übernehmen unterschiedliche Aufgaben in der Translation.
mRNA – Informationsträger
Die mRNA trägt die Information für die Abfolge der Aminosäuren aus denen das Protein aufgebaut ist. Ebenso enthält es die Information, ab welcher Position der mRNA gestartet wird und wo gestoppt wird. Die mRNA ist der Bote, der die Erbinformation von der DNA zum Ribosom trägt. Daher nennt man die mRNA auch Boten-RNA.
tRNA – Decoder
In der tRNA steckt der Code, wie aus der Abfolge der Basen eine Abfolge von Aminosäuren wird. Wie das genau funktioniert habe ich in meinem Beitrag zu Aminoacetyl-tRNA-Synthetase beschrieben. Da die mit der aminosäurebeladene tRNA das Anticodon, welches die mRNA am Codon bindet, und die an ihr gebundene Aminosäure mit einander verknüpft, wird eine Verbindung zwischen RNA-Code und Aminosäure hergestellt. Da die tRNA nur an die mRNA bindet, wenn Codon und Anticodon zusammen passen wird die Abfolge der Basen auf der mRNA in eine Abfolge von Aminosäuren übersetzt. Die tRNA ist das Bindeglied zwichen diesen beiden Abfolgen und ist somit der Decoder, der von der einen Abfolge in die andere übersetzt.
rRNA – Bauteil des Ribosoms
Das Ribosom besteht aus einpaar rRNAs und Proteinen. Die rRNAs helfen dabei die mRNA zu binden und den Startpunkt für die Translation zu finden. Ebenso helfen sie diese komplexe Proteinproduktionsmaschiene zusammen zu halten.