Wie du sicher weißt, ist die Erbinformation von Lebewesen in deren DNA gespeichert. Genauer gesagt wird die Ausprägung verschiedenster Merkmale eines Lebewesens, wie etwa die Augenfarbe, durch bestimmte DNA-Abschnitte bestimmt. Diese DNA-Abschnitte nennt man Gene.
Die Gene bilden eine Art „Bauplan“ für ein ganz bestimmtes Protein und codieren dieses. Das synthetisierte Protein kann dann beispielsweise Einfluss auf verschiedene Reaktionen im Körper nehmen, die zu der Ausprägung eines Merkmals führen.
Aus Genen werden also im Rahmen der Proteinbiosynthese bestimmte Abschnitte abgelesen und in Proteine übersetzt, die für die Aktivitäten der Zelle wichtig sind. Bei der Translation findet genau dieser Schritt der „Übersetzung“ statt.
Translation Biologie – Proteinbiosynthese
In der Proteinbiosynthese wird aus der Basenabfolge der DNA der „Bauplan“ eines Proteins abgelesen und synthetisiert.
Die Neusynthese von Proteinen in Organismen wird als Proteinbiosynthese bezeichnet.
Allgemein lässt sich die Proteinbiosynthese in zwei Phasen unterteilen, nämlich die Transkription und die Translation.
Transkription
Unter Transkription versteht man die Synthese von RNA, wobei die DNA als Vorlage dient und die Basensequenz der DNA in die Basensequenz der RNA umgeschrieben wird.
In diesem Teil der Proteinbiosynthese erfolgt also das „Umschreiben“ der genetischen Information. Ein Gen wird bei Eukaryoten im Zellkern abgeschrieben und liegt anschließend in der Transportform der RNA, nämlich der mRNA vor. Sobald die mRNA den Zellkern verlässt, kann die Translation im Cytoplasma der Zelle erfolgen.
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Translation einfach erklärt
Die Translation ist das „Übersetzen“ der Basensequenz der mRNA (Messenger-RNA) in die Aminosäuresequenz eines Proteins.
Das Übersetzen der mRNA erfolgt durch eine bestimmte Form der RNA, nämlich der tRNA. Des Weiteren findet die Translation an den Ribosomen im Cytoplasma statt. Hierbei besetzten mehrere Ribosomen hintereinander einen mRNA-Strang, um einen schnellen Ablauf der Translation zu ermöglichen.
Die Ribosomen setzen sich aus zwei Teilen zusammen: der großen und der kleinen Untereinheit. Findet keine Translation statt, liegen die beiden Untereinheiten getrennt voneinander vor. Erst in Verbindung mit der mRNA ergibt sich ein zusammengesetztes Ribosom. In dem zusammengesetzten Ribosom wir die mRNA dann vom 5´-Ende in Richtung des 3´-Endes übersetzt.
Translation – Der genetische Code
Allgemein besitzt das Ribosom drei Bindestellen. Sie werden als Aminoacyl-Stelle (A-Stelle), Peptidyl-Stelle (P-Stelle) und Exit-Stelle (E-Stelle) bezeichnet. An den ersten beiden Stellen wird die RNA in Aminosäuren "übersetzt". Diese Übersetzung erfolgt gemäß dem sogenannten genetischen Code. Es handelt sich dabei immer um drei Basen, die jeweils für eine Aminosäure codieren. Sie werden auch als "Codon" bezeichnet.
Ein Codon besteht immer aus drei Basen und wird daher oft auch als Triplett bezeichnet. Es codiert für eine Aminosäure oder den Translationsstopp.
Die Bindestellen bieten zudem Platz für die Transfer-RNA (tRNA), welche mithilfe eines entsprechenden Anticodons an das Codon der mRNA andockt. Denn die tRNA besitzt das passende Anticodon zum mRNA Codon, sowie die dem Codon entsprechende Aminosäure. Daher fungiert die tRNA als eine Art „Vermittler“ zwischen Basentripletts.
Das Anticodon ist eine Dreiergruppe von Basen auf der tRNA, die zu einem Codon auf der mRNA komplementär ist.
Beispielsweise codiert das Codon AGC (Adenin, Guanin, Cytosin) die Aminosäure Serin. Somit wäre das passende Anticodon UCG (Uracil, Cytosin, Guanin). Welches Codon welche Aminosäure codiert, verrät dir ein Blick auf die Codesonne.
Die zum Anticodon der tRNA passende Aminosäure wird vom Enzym Synthetase zugeordnet. Auf diese Weise entsteht eine sogenannte Aminoacyl-tRNA – also eine mit einer Aminosäure beladene tRNA. Je mehr Codons "übersetzt" werden, umso länger wird auch die Aminosäurenkette. Sie wird durch Peptidbindungen zusammengehalten. Daher bezeichnet man sie auch als Polypeptidkette. Aus langen Polypeptidketten entstehen schließlich durch Faltungsvorgänge Proteine.
Abbildung 1: Schematische Darstellung einer tRNA; Quelle: wikipedia.de
Anhand der Abbildung kannst Du erkennen, wie die tRNA aufgebaut ist. Der Aufbau wird auch oft mit einer Kleeblatt-Form verglichen.
Translation – Schritte
Insgesamt lässt sich die Translation in Initiation, Elongation und Termination unterteilen.
Translation – Initiation
Die Synthese eines Proteins beginnt immer mit demselben Start-Codon. Hierbei handelt es sich um das Codon 5´-Adenin-Uracil-Guanin-3´ (AUG). Das bedeutet, dass das Ribosom so lang die RNA entlang wandert, bis in der A-Stelle des Ribosoms genau dieses Startcodon auftaucht. Ist dies der Fall, so kann die Translation der RNA beginnen.
Im Rückschluss bedeutet dies, dass jedes Polypeptid, welches nachher ein Protein darstellt, mit derselben Aminosäure beginnt. Es handelt sich um die Aminosäure Methionin, für die das Triplett "AUG" codiert.
Translation – Elongation
Nach der Translation des Startcodons beginnt die Elongation. Die tRNA bindet an die erste Stelle des Ribosoms, die A-Stelle. Anschließend wandert das Ribosom weiter, das erste Codon mitsamt Anticodon verschiebt sich und wandert von der A-Stelle auf die P-Stelle. Dementsprechend ist die A-Stelle nun frei. An der A-Stelle liegt das nächste Triplett der mRNA vor. Hier kann sich die nächste tRNA anlagern. Diese Schritte wiederholen sich immer wieder.
Während das Ribosom an der mRNA entlang wandert, bildet sich an der P-Stelle eine immer länger werdende Aminosäurenkette. Somit wird die mRNA Basenabfolge in eine Polypeptidkette übersetzt. An der E-Stelle löst sich die tRNA vom Codon ab und verlässt das Ribosom.
Abbildung 2: Ablauf der Translation;Quelle: wikipedia.de
Welches Codon für welche Aminosäure codiert, kannst Du der Codesonne entnehmen. Diese wird von innen nach außen gelesen. Die Basenfolge 5´-UAA-3´ codiert den Abbruch der Translation.
Abbildung 3: Code-Sonne; Quelle: wikipedia.de
Translation – Termination
Mit einem Stopp-Codon endet auch die Translation. Alle Stoppcodons beginnen mit der Basis Uracil.
Beispiele für Stoppcodons sind die Tripletts "UAA", "UAG" und "UGA". All diese Codons codieren für den Translationstopp.
Am Ende der Translation liegen Aminosäureketten vor, die aus ca. 100 Aminosäuren bestehen. Damit aus ihnen ein vollständig synthetisiertes Protein wird, muss aus der Primärstruktur der Aminosäurekette eine Tertiärstruktur werden. Erst in der Tertiärstruktur spricht man von einem Protein.
Damit die Aminosäure eine dreidimensionale Struktur annimmt, muss das Polypeptid gefaltet werden. Die "Faltung" passiert entweder ganz spontan oder es wirken Faltungsenzyme auf das Polypeptid ein. Zwischen den Aminosäuren wirken in der Tertiärstruktur verschiedene Kräfte wie beispielsweise Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waals-Kräften oder Ionenbindungen.
Nach der Faltung liegt ein Protein vor, welches bereit ist, seiner Aktivität im Organismus nachzugehen.
Translation Biologie – Das Wichtigste
Die Translation ist der letzte Schritt der Proteinbiosynthese, in dem eine Basenfolge der mRNA in die Aminosäuresequenz eines Proteins übersetzt wird.
Die Translation findet an Ribosomen statt.
Die tRNA vermittelt zwischen Codons der mRNA und Aminosäuren. Sie hat ein Anticodon und eine Aminosäure-Bindestelle. Das Enzym Synthetase bindet die Aminosäure an die tRNA, die vom entsprechenden Codon der mRNA codiert wird.
An der P-Stelle des Ribosoms lagert sich eine tRNA an, deren Aminosäure durch das auf das Startcodon folgende Basentriplett codiert wird. Die Aminosäuren werden durch Peptidbindungen miteinander verbunden.
Das Ribosom gleitet um ein Codon weiter. Die tRNA an der P-Stelle löst sich vom Ribosom. Die tRNA, die an der A-Stelle angelagert war, ist nun an der P-Stelle. Die A-Stelle ist für die nächste tRNA frei.
Dies wiederholt sich, bis das Ribosom auf ein Stopp-Codon trifft. Hier endet die Translation, die Polypeptidkette löst sich und das Ribosom zerfällt in seine Untereinheiten.
Nachweise
- Abb. 1: Struktur der tRNA aus Hefe (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:TRNA-Phe_yeast_1ehz.png) von Yikrazuul ist unter der Lizenz 3.0.
- Abb. 2: Schema, das die Translation von mRNA und die Synthese von Proteinen am Ribosom zeigt (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ribosome_mRNA_translation_de.svg) von Matt ist gemeinfrei.
- Abb. 3: Die Codesonne zeigt, welche Basensequenz welche Aminosäure ergibt (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aminoacids_table.svg) von Mouagip ist gemeinfrei.
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