Die Transfer-RNA (kurz tRNA) spielt eine große Rolle bei der Herstellung der Eiweiße (Proteine) in Deinem Körper. Da Proteine essenzielle Bausteine des Körpers sind, ist ein funktionierendes Herstellungsverfahren von Proteinen für alle Arten von Organismen unerlässlich.
Proteine bestehen aus einer Kette aneinander gereihter Aminosäuren, die durch verschiedenste Wechselwirkungen eine dreidimensionale Struktur erlangen.
Dabei trägt die tRNA maßgeblich dazu bei, den auf den Genen gespeicherten Protein-Bauplan in die Tat umzusetzen. Näheres dazu erfährst Du Stück für Stück in diesem Artikel.
tRNA – Definition
Die tRNA ist eine Struktur, die an der Bildung von Proteinen beteiligt ist. Dabei ist die tRNA spezifische Aminosäuren beladen. Dabei wandert sie am Skript (mRNA) entlang und übersetzt diesen Bauplan in die richtige Reihenfolge der Aminosäuren. Immer drei Basen der mRNA bilden das Triplett, welches zur spezifischen tRNA und ihrer Aminosäure passt.
tRNA – Aufbau
Die tRNA besitzt einen ganz speziellen Aufbau, der zu ihrer Funktion passt. Der Aufbau basiert auf dem Schlüssel-Schloss Prinzip.
Dieses Schlüssel-Schloss Prinzip ist häufig in der Biologie anzutreffen. Dabei passen Stoffe (wie hier die tRNA und die RNA) wie Puzzleteile zusammen und gemeinsam lösen sie einen Vorgang aus. In diesem Fall ermöglichen sie die Bildung der richtigen Aminosäureabfolge für den Bau eines Proteins.
Der strukturelle Aufbau der tRNA
Die tRNA besitzt eine kleeblattartige Struktur. Sie besteht aus zwei Anteilen, dem Akzeptorstamm (auch als Akzeptor-Arm bekannt) und der Anticodon-Schleife (auch Anticodon-Arm genannt).
Am Akzeptorstamm wird die tRNA mit ihren spezifischen Aminosäuren beladen. Deswegen kann man diesen Stamm zusätzlich als Aminosäure-Akzeptorstamm bezeichnen.
Im Gegensatz dazu ist die Anticodon-Schleife dafür zuständig, an das spezifische komplementäre Triplett der mRNA zu binden. Dieser Abschnitt ist entscheidend für die Erkennung und richtige Zuordnung des Tripletts mit der passenden Aminosäure.
Die Erklärung zum Triplett-Code (genetischer Code) findest Du weiter unten im Artikel. Wenn Du noch mehr zum genetischen Code erfahren möchtest, schaue Dir gerne den passenden StudySmarter Artikel an.
tRNA Molekül
Die tRNA weist einige Besonderheiten in ihrer Struktur auf, welche molekular zu erklären sind. Zunächst besteht die tRNA aus rund fünfzig bis 100 Nukleotiden, wobei die meisten tRNAs aus etwa 80 Nukleotiden aufgebaut sind.
Nukleotide sind die Grundbausteine der RNA und DNA. Deswegen kannst Du Dir leicht merken, dass die Transfer-RNA (tRNA) auch aus diesen Bausteinen zusammengesetzt sein muss. Sie bestehen aus einem Zucker, einem Phosphatrest und einer Base.
Die tRNA entsteht dabei durch die Aktivität der RNA-Polymerase, welche den Vorläufer der tRNA vom Erbgut abliest (transkribiert). Diese Vorläuferstufe wird modifiziert und liegt dann als fertige tRNA im Zytoplasma der Zelle vor.
Es gibt zwei Besonderheiten des Aufbaus der tRNAs:
- Transfer-RNA Gene sind nicht durch Introns unterbrochen. Normalerweise enthalten Gene solche nicht codierenden Abschnitte (Introns), welche bei der Prozessierung erst herausgeschnitten werden müssen.
- Die tRNA besitzt neben den üblichen noch weitere seltene Basen. Die normalen Basen der mRNA sind das Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und das Uracil (U). Damit die tRNA ihr Struktur und ihre Einzelstränge behält, ohne dass diese sich zusammenlagern, braucht es die seltenen Basen. Diese wären die Base ψ (Psi, ausgesprochen ps) und die Base Dihydroxyuridin. Die Base ψ ist wichtig für die Anlagerung der tRNA an das Ribosom der Zelle. Die Base Dihydroxyuridin ist in der DHU-Schleife vorhanden. Sie ist wichtig für die Anlagerung an die Synthetasen, welche Du im weiteren Verlauf des Artikels kennenlernst.
tRNA – Funktion
Am Namen transfer-RNA lässt sich schon erahnen, dass die tRNA etwas tragen oder transportieren muss. Dies ist auch der Fall. Die tRNA ist dafür zuständig, die Abschrift der DNA (also die mRNA) in eine Aminosäure Sequenz zu übersetzen.
Dies geschieht bei der Proteinbiosynthese. Die Proteinbiosynthese setzt sich aus der Transkription und der Translation zusammen. Bei letzterer kommt die tRNA zum Einsatz.
Transkription und Translation sind Schritte der Proteinbiosynthese.
Die DNA wird zunächst abgelesen, was als Transkription bezeichnet wird. Die Abschrift in Form der mRNA wird aus dem Zellkern zu den Ribosomen ins Zytoplasma befördert und am Ribosom in eine Aminosäuresequenz übersetzt. Dieser Schritt wird als Translation bezeichnet.
Im Zuge der Translation lagern sich ribosomale Untereinheiten an die mRNA. Um den Basen-Code der mRNA nun in eine Aminosäurekette zu übersetzen, gibt es die tRNAs. Sie binden spezifisch an die Basentripletts und ermöglichen die Übertragung von einer Aminosäure auf die nächste und lassen somit die gewünschte Aminosäurekette an Aminosäuren entstehen. Diese Kette wird zum gewünschten Protein gefaltet.
Die Basen der mRNA und die komplementären Basen der tRNA lagern sich in Tripletts aneinander an. Dabei ist es die Anticodon-Schleife der tRNA, welche diese Bindung eingeht. Das mRNA Triplett geht mit der passenden komplementäre tRNA nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip eine Bindung ein. Die tRNA ist dabei mit einer spezifischen Aminosäure beladen ist. So wird der genetische Code in eine Aminosäuresequenz übersetzt.
Die mRNA (= Messenger RNA) besteht aus vier Basen (Guanin (G), Cytosin (C), Uracil (U) und Adenin (A)). Die Reihenfolge der Basen ist ausschlaggebend für die Herstellung des Proteins. Die DNA enthält fast die gleichen Basen. Nur anstatt Uracil ist auf der DNA Thymin zu finden.
Die Basen Guanin und Cytosin sind komplementäre Basen der mRNA, sowie Adenin mit Uracil.
tRNA – Der genetische Code
Der genetische Code ist eine Form der Verschlüsselung Deiner Gene. Dabei codieren immer drei Basen für eine Aminosäure. Die mRNA ist eine Abschrift der DNA. Drei Basen auf der mRNA ergeben ein Triplett. Diese Tripletts werden in eine Aminosäurekette übersetzt, in dem sich die passende tRNA anlagert. Der genetische Code ist ein Schema, welcher den Basentripletts jeweils ihre bestimmte Aminosäure zuschreibt.
Jeweils ein mRNA Basentriplett kann, als codogener Anteil oder als Codon bezeichnet werden. Die sich daran anlagernde tRNA wird demzufolge als Anticodon benannt.
Die Reihenfolge der Basen entscheidet darüber, welche Aminosäure in das entstehende Protein eingebaut wird. Dabei geht es um die Abfolge der Basen im Triplett, die jeweils für eine Aminosäure codieren.
Die Wobble Hypothese ist eine Theorie, nach welcher die dritte Base der RNA teilweise schwanken (engl. ‚wobble‘) kann. Dies würde erklären, weswegen viele Tripletts für die gleiche Aminosäure sich nur in ihrer letzten Base unterscheiden.
Es gibt nur 21 proteinogene Aminosäuren. Mit vier Basen aber, die sich zum Codieren zu Tripletts zusammenlagern, würde es 43 = 64 Möglichkeiten geben. Dabei codieren mehrere Basentripletts für die gleiche Aminosäure. Dies macht den genetischen Code weniger anfällig für Fehler, seine Toleranz gegenüber Fehlern steigt. Dadurch ist ein Fehler durch das falsche Anlagern einer tRNA häufig weniger gravierend.
Der Ablauf der Translation durch die tRNA
Die tRNA als Anticodon lagert sich an die passenden komplementären mRNA Tripletts an. Der Akzeptorstamm hat dabei eine spezifische Aminosäure der tRNA gebunden. Nun wandert das Ribosom an der RNA entlang, wobei immer neue tRNAs an die Tripletts durch das Ribosom binden können.
Das tRNA Anticodon bindet an das mRNA Triplett und gibt seine Aminosäure an das Ribosom ab.
Dieses Ribosom wandert an der mRNA entlang, wobei sich am nachfolgenden Triplett wieder die passende tRNA anlagert. Diese tRNA gibt auch wieder ihre passende Aminosäure ab. So entsteht eine Kette an Aminosäuren, welche das letztendliche Protein ergibt. Dies kannst Du in Abbildung 2 erkennen. Wie genau dieser Ablauf stattfindet, erfährst Du im nächsten Abschnitt.
Wenn Du mehr zur Translation und zur Proteinbiosynthese erfahren möchtest, schau gerne bei den entsprechenden Artikeln auf der Seite vorbei!
Die tRNA Bindungsstellen am Ribosom
Das Ribosom besitzt eine große und eine kleine Untereinheit. Mit beiden umgibt es die mRNA für die Translation. Die große Untereinheit besitzt drei Stellen, an welchen die tRNA binden kann. Diese Stellen für die tRNA werden als A- (Aminoacyl-), P- (Peptidyl-), und E- (Exit-) Bindungsstelle bezeichnet. Alle drei Bindungsstellen haben Platz für genau ein Triplett der mRNA, an welche sich die tRNA anheften kann.
An die freie A-Stelle bindet die komplementäre tRNA. Das Ribosom wandert ein Triplett weiter, sodass sich die tRNA nun an der P-Stelle befindet und eine neue passende tRNA an die nun freie A-Stelle binden kann. Die Aminosäure der tRNA an der P-Stelle wird auf die Aminosäure der tRNA an der A-Stelle übertragen.
Wenn das Ribosom jetzt noch ein Triplett weiter rutscht, gerät die unbeladenen tRNA von der P- zur E-Stelle und löst sich vom Ribosom.
Die Beladung der tRNA
Wie im oberen Abschnitt erwähnt, gibt die tRNA ihre spezifische Aminosäure ab. Wie kommt diese Aminosäure aber an den Akzeptorstamm und wie wird die tRNA neu beladen?
Diese Aufgabe realisieren die Aminoacyl-Synthetasen. Dies sind Enzyme, die energieabhängig arbeiten. Sie sorgen für die neue Beladung der tRNAs mit ihrer spezifischen Aminosäure. Wenn die tRNA ihre Aminosäure abgegeben hat, sorgen die Synthetasen für eine Neubeladung. Dadurch werden die tRNAs immer wieder verwendet.
Mehr zu Enzymen erfährst Du im entsprechenden Artikel auf der Seite.
tRNA - Das Wichtigste
- Die tRNAs sind Stränge aus Nukleotiden. Dabei besitzen sie einen Akzeptorstamm und eine Anticodon-Schleife.
- Eine Übersetzung der RNA in eine Aminosäurensequenz ist nur durch die tRNA realisierbar. Dabei spielt die tRNA eine wichtige Rolle bei der Translation.
- Die tRNA erkennt die komplementären Tripletts der RNA zur Übersetzung. Dies geschieht nach dem Prinzip des genetischen Codes. Bei diesem sind Basentripletts jeweils einer spezifischen Aminosäure zugeordnet.
- Recycelt werden die tRNAs durch neue Beladung. Diese Beladung erfolgt energieabhängig durch die Aminoacyl-Synthetasen.
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