Translation & Transkription

Die Transkription

Unter Transkription versteht man die Umschreibemechanismen mittels derer der in der DNA vorliegenden Erbinformationen auf eine Matritze (m-RNA) umgeschrieben wird. Es entstehen so transportable Kopien eines Teilstücks der DNA (Gen), die zu den Ribosomen, den Ort der Eiweißsynthese gebracht werden. Manchmal erstreckt sich die Bildung der m-RNA über mehrere Gene, wenn diese funktionell zusammengehörigen Gene hintereinanderliegen. Die Größe des m-RNA- Moleküls richtet sich demnach nach der Größe des Gens bzw. der gemeinsam abgelesenen Gene. Die Übernahme der genetischen Information von der DNA auf die m-RNA ermöglicht

1. eine Verlagerung der Geninformation auf eine Matritze, wobei der genetische Informationsgehalt der Zelle in der DNA selbst gespeichert und erhalten bleibt.
2. Eine Teilablösung der gesamten Information und damit die Voraussetzung für zeitliche Steuerung der Stoffwechsel- und Entwicklungsprozesse der Zelle.
3. Die Mehrfache Ablesung dieser Teilinformation (Bildung vieler gleicher Matritzen im selben Teilabschnitt in der DNA), was eine sehr rasche Bildung immer gleicher Eiweiße ermöglicht.

Der Mechanismus zur Bildung der m-RNA verläuft wie oben (unter m-RNA) dargestellt.

Für die Transkription von der DNA zur m-RNA ist eine Verbindung der aus dem Plasma kommenden RNA- Nukleotide zu Polynukleotide erforderlich. Diese Verknüpfung wird durch Polymerasen und Transkriptasen ermöglicht. Die richtige Funktion dieses Enzyms (Transkriptase) setzt spezifische Ansatzpunkte an der DNA voraus, an denen diese Enzyme anknüpfen kann und die die Genanfänge kennzeichnen. Der Bereich in dem die Transkription beginnt, wird demnach als Promotorbereich bezeichnet. Die DNA wird immer vom 5' bis 3' Ende abgelesen.

Translation

Direkt an die Transkription schließt sich am Ribosomen die Translation an. Die t-RNA lagert sich dabei an ein bestimmtes Anhäftungsmerkmal, die P- Bindungsstelle am Ribosomen an. An diesem P-Punkt lagert sich gleichzeitig eine mit Metheonin belagerte t-RNA an. Diese passt nämlich an das Startcodon jeder m-RNA, welches aus AUG besteht. An die zweite vorgegebene Bindestelle des Ribosoms lagert sich die 2. t-RNA an. Diese Bindestelle wird die A- Bindestelle genannt. Nunmehr wird die Aminosäure Metheonin der 1. t-RNA an die Aminosäure der 2. t-RNA verknüpft. Gleichzeitig löst sich die 1. t-RNA und die m-RNA vom P-Punkt, die t-RNA wandert ins Plasma und die m-RNA knüpft sich mit dem nächsten Codon, an dem bereits die 2. t-RNA sitzt an die P-Bindestelle. Dadurch wird die 2. t-RNA auch mit der A- Bindungsstelle in Kontakt gebracht, so dass deren Aminosäure sich nun wiederum mit der nächsten verbinden kann usw.

Erreicht das Ribosom beim Ablesen der m-RNA ein Startcodon (UAA, UAG und UGA) so wird die Peptidsynthese abgebrochen, da es keine t-RNA mit passendem Anticodon gibt. Das Ribosom zerfällt in seine Untereinheiten und gibt das fertige Protein frei. Die m-RNA wird in 5' - 3'- Richtung abgelesen. Danach werden von den Proteinen durch proteinabbauende Enzyme die Aminosäure Metheonin und manchmal auch weitere nicht benötigte Aminosäuren abgespalten. Erst dadurch werden die endgültigen funktionstüchtigen Proteinmoleküle hergestellt.

Reifung der Eukaryoten-m-RNA

Ende der 80' er Jahre entdeckte man, dass die meisten Gene der Eukaryoten nicht einheitliche bzw. einheitlich übersetzbare Stücke sind. Die genetische Information eines solchen „Mosaikgens“ ist auf der DNA von Sequenzen unterbrochen, die für die Codierung des betreffenden Genprodukts keine Funktion hat. Diese nicht codierten Abschnitte heißen Introns, die codierten heißen Exons.

In diesem Fall wird von der DNA eine Prä-m-RNA hergestellt. Diese erhält nur noch eine Kappe, ein bestimmtes Nukleotidstück am 5'- Ende, dem Beginn der Ablesung. Als letztes Nukleotid dieser Kappe wird immer das Nukleotid angefügt, das las Codon für die Startaminosäuren, das Metheonin, dient. Am 3'-Ende werden an die Prä-m-RNA viele Adenin Nukleotide (bis zu 100) angefügt. Schließlich wird aus dieser Prä-m-RNA die Introns herausgeschnitten und die Exons miteinander verbunden. Dieser Vorgang wird Spleißen genannt und der Gesamtvorgang (Kappen und Spleißen) heißt Reifung der m-RNA.

Diese Vorgänge werden manchmal durch kleine RNA- Einheiten des Zellkerns ( stammen aus dem Nukleolus) katalysiert. Bei manchen Prä-m-RNA- Einheiten sind solche Enzyme nicht nötig. Sie katalysieren ihre eigene Umwandlung selbst, so kann man hier feststellen, dass RNS als Enzyme wirken können. In speziellen Fällen lässt sich zeigen, dass bestimmte Exons innerhalb eines Gens bestimmte Teilfunktionen besitzen.

Herstellung des Proteinprodukts bei Bakterien

Bei Bakterien ist die Reifung einer m-RNA nicht nötig. Hier wird vom Gen gleich die fertige m-RNA abgelesen, welche das entsprechende Produkt codiert. Die Bildung der Produkte (Proteine) verläuft dann wie bei den Eukaryonten und ist ziemlich kompliziert, denn häufig ist das fertiggestellte Protein nicht das eigentliche Wirkprotein, sondern es enthält am Anfang bis zu 45 Aminosäuren, welche als Signalsequenzen dienen. D.h. Mit dieser Signalsequenz kann das Protein an verschiedenen Stellen, Membran, Organellen andocken bzw. hineingelangen und dort seine Wirkung entfalten. Dies geschieht aber erst, wenn die Signalsequenz abgeschnitten wird, sobald das Protein den Ort der Bestimmung erreicht hat. Ein Protein mit Signalsequenz heißt Prä-Protein und Veränderungen an den Polypeptidketten von Proteinen nach deren Synthese am Ribosomen heißt Protein- Reifung. Bei manchen Proteinen, die als Enzym wirken muss eine Vorstufe, ein Pro-Protein, hergestellt werden, damit es nicht an Ort und Stelle wirkt, sondern es dort, wo es wirken soll und hineingeschleußt wird.