Translation
Synonym
Definition
- Übersetzung der als mRNA
vorliegenden Information für eine bestimmte Aminosäuresequenz in das
fertige Protein.
Ablauf
Allgemeines
- Die Translation findet in der Zelle an den Ribosomen
statt.
- Bei der Translation dient die mRNA
als Matrize an der - spezifisch zu den Codons -
die tRNA bindet und die jeweils codierte Aminosäure
an das zu bildende Protein anhängt.
- Der Prozess der Proteinbiosynthese lässt sich in drei Phasen einteilen:
- Die Schritte werden hier am Beispiel des Prokarypnten
E.
coli dargestellt. Der Ablauf bei Eukaryonten
verläuft jedoch im Prinzip gleich.
Initiation
- Die Initiation umfasst mehrere Schritte.
- Zunächst binden zwei Proteine, die so
genannte Initiationsfaktoren IF-1 und IF-3, an die 30S-Untereinheit
des Ribosoms.
- Der Initiationsfaktor IF-2 bildet gleichzeitig einen Komplex mit GTP.
- Dies ermöglicht die Assoziation der Untereinheit mit der mRNA
und die Bindung einer speziellen tRNA an das Startcodon
(AUG). In Prokaryonten trägt diese
spezielle tRNA N-Formyl-Methionin, in Eukaryonten
unsubstituiertes Methionin.
- Nach der Bindung der ersten tRNA wird IF-3
wieder abgespalten.
- Nun bindet die 50S-Untereinheit an den Komplex, der IF-1 und IF-2
abspaltet. Das gebundene GTP wird zu GDP und Pi hydrolysiert.
- Im entstandenen Initiationskomplex befindet sich die tRNA
an einer Bindungsstelle, die man als Peptidyl-Stelle (P-Stelle, P)
bezeichnet.
- Die zweite tRNA-Bindungsstelle, die Akzeptor-Stelle (A-Stelle, A)
ist während der Initiation noch nicht besetzt.
Elongation
- Die Elongation schließt sich an die Initiation
an. Sie wird so lange fortgesetzt, bis das Ribosom
auf der mRNA ein Stopcodon erreicht und
die Termination eingeleitet wird.
- Zu Beginn jedes Elongationsschritts ist nur die Peptidyl-Stelle des Ribosoms
von einer tRNA besetzt, die an ihrem 3'-Ende
die gesamte bis dahin synthetisierte Peptidkette trägt.
- An die Akzeptor-Stelle bindet nun eine zweite, mit der entsprechenden Aminosäure
beladene tRNA über ihr komplementäres Anticodon
an das hier exponierte mRNA-Codon.
- Dabei bindet die tRNA als Komplex mit einem
GTP-haltigen Protein, dem Elongationsfaktor
Tu (EF-Tu). Dieser dissoziiert erst nach der Hydrolyse des gebundenen GTP zu
GDP und Pi wieder ab.
- Da die Bindung der tRNA an die mRNA
bis zu dieser Dissoziation noch relativ locker ist, wirkt die GTP-Hydrolyse
als Verzögerung, die eine "Überprüfung", ob tatsächlich die
richtige tRNA gebunden ist, zulässt.
- Der EF-Tu · GTP-Komplex wird durch den Elongationsfaktor Ts regeneriert
indem GDP wieder durch GTP ausgetauscht wird.
- Ist die gebundene tRNA die richtige, so
kommt es nun zur Bildung der Peptidbindung.
- Bei diesem durch die ribosomale Peptidyltransferase katalysierten
Reaktion wird ohne ATP-Verbrauch die Peptidkette von der Peptidyl-Stelle auf
die freie Aminogruppe des Aminosäurerests der tRNA
in der Akzeptor-Stelle übertragen.
- Die katalytische Aktivität der ribosomalen Peptidyltransferase ist
wahrscheinlich in der 28S-rRNA lokalisiert, weshalb man auch von einem Ribozym
spricht.
- Nach der Übertragung der Peptidkette auf die A-Stelle dissoziiert die
unbeladene tRNA von der P-Stelle ab und ein
weiterer GTP-haltiger Elongationsfaktor (EF-G · GTP) bindet an das Ribosom.
- Durch die Hydrolyse des darin enthaltenen GTP wird die Energie zur
Wanderung (Translokation) des Ribosoms um
drei Basen in Richtung des 3'-Endes der mRNA
bereitgestellt.
- Die die Peptidkette tragende tRNA bleibt
dabei stationär an der mRNA gebunden,
so dass sie sich nun in der Peptidyl-Stelle befindet, während in der
Akzeptor-Stelle des Ribosoms das nächste
mRNA-Codon erscheint.
- Ein neuer Elongationsschritt kann beginnen.
Termination
- Die Termination wird eingeleitet, wenn in der Akzeptor-Stelle ein Stopcodon
(UAA, UAG oder UGA) erscheint.
- Zu den Stopcodons gibt es keine komplementären tRNAs.
An ihrer Stelle binden nun zwei Releasing-Faktoren an das Ribosom,
nämlich RF-1 und RF-3.
- RF-1 katalysiert die hydrolytische Spaltung der Esterbindung zwischen tRNA
und C-Terminus der Peptidkette und setzt somit das fertige Protein
frei.
- RF-3 enthält GTP und liefert die Energie zur Dissoziation des gesamten
Komplexes in seine Komponenten.
Bemerkungen
- Der Energiebedarf der Proteinbiosynthese ist hoch; so werden für jede
übertragene Aminosäure
vier energiereiche Phosphorsäureanhydrid-Bindungen hydrolysiert. Zwei für
die Aktivierung der Aminosäure
(ATP
AMP + PP) und weitere zwei bei jeder
Elongation (2 GTP
2 GDP + 2 Pi). Dazu kommen noch je ein GTP für Initiation
und Termination.
- In eukaryontischen Zellen ist die Anzahl der beteiligten
Initiationsfaktoren größer und die gesamte Initiation daher komplizierter.
- Eine besondere Rolle spielt bei Eukaryonten
auch die Kappe am 5'-Ende der mRNA.
- Membranproteine werden an den Ribosomen des
rauen endoplasmatischen Retikulums gebildet.
- Proteine, die ins Zytosol
abgegeben werden sollen, meist an Polysomen.
|