Translation

RNA —> Protein

= Basenabfolge von 5' nach 3' in mRNA in eine AS-Abfolge von N-Terminal nach C-Terminal

-> Drei Basen kodieren für eine AS.

-> 4^3 = 64 Basentripletts bilden den genetischen Code.

-> 61 Basentripletts kodieren für die 20 (proteinogenen) AS.

-> AUG für Methionin → Startkodon

-> UAA, UAG und UGA → Stopp- oder Terminationskodons.

-> Code ist degeneriert.

-> Code ist universell, d. h. für alle Lebewesen gleich.

(In Chloroplasten und Mitochondrien gibt es einige wenige Abweichungen)

=> Normallerweise gibts bei Vieren keine Translation, Aber Ausnahmen

RNA Vieren (HIV, Corona SARS-CoV-2)

—> Translation findet statt

—> Zentrale Dogma gilt nur fur zellulare Organismen

• Codon besteht aus Basentripplets

• sie sind nicht uberlappend

• insertion und deletion führen zu einer Leserastermutation => Verschiebung des Leserahmens

• Code ist degeneriert: die meisten AS sind durch mehr als 1 Codon kodiert (Ausnahmen: Methionin und Tryptophan)

Die mRNA besteht aus einer 5'-UTR, einem offenen Leserahmen (ORF) mit Start- und Stoppcodon, und einer 3'-UTR – wobei nur der ORF in ein Protein übersetzt wird

Komponenten

1. Transfer RNAs (tRNAs)

2. Aminoacyl-tRNA Synthetasen

3. mRNA

4. Ribosomen

5. Initiations-, Elongations- und Terminationsfaktoren

   
   

Arbeitsschritte

1. Verknüpfung der tRNAs mit ihren AS

2. Verknüpfen der AS zur Polypeptidkette

   • Initiation

   • Elongation

   • Termination

Leistung

• Syntheserate (E. coli): 40 AS/s

• Fehlerrate ca. 1 in 10 000 AS → „proofreading“

• Fehlerrate von 10-4 erlaubt eine effiziente und fehlerfreie Synthese auch von großen Proteinen.

• Bestehen aus einem linearen Strang aus 70 – 90 Nukleotiden.

• Haben die Basenabfolge CCA an ihrem 3' Ende.

• Binden am 3‘-terminalen Adenosin „ihre spezifische“ AS (Esterbindung Ribose-Carboxylgruppe der AS)

• Besitzen aufgrund interner Basenpaarungen 4 doppelsträngigen Bereiche und 3 Schleifen („loops“)

• Erkennen mit Hilfe des Anticodons in der Anticodonschleife das korrekte Codon in der mRNA

• Enthalten modifizierte oder ungewöhnliche Basen (bis zu 10%)

• tRNAs besitzen in 3D eine L-Form → Ursache: neben „Watson-Crick-Basenpaarungen“ auch ungewöhnliche „Nicht-Watson-Crick-Basenpaarungen“

-> 81 Kodons werden von 31 spezifischen tRNAs erkannt

Dadurch:

=> Die erste und zweite Base im Codon müssen genau passen.

=> Die dritte Base → darf „wackeln“ = Wobble-Paarung

da: Verschiedene Codns, die sich nur in ihrem 3 Nukleotod unterscheiden, werden oft durch dieselbe tRNA entiffizert

= enzyme die dafür sorgen, dass jede tRNA mit der richtigen Aminosäure beladen wird

• Der eigentliche Übersetzer des genetischen Codes

• Verknüpfen AS mit dem 3' - Ende der entsprechenden tRNA (Aminoacylierung)

• Für jede AS gibt es mind. eine Aminoacyl-tRNA-Synthetase

= große ribonukleoprotein-Komplexe,die die Translation durchführen

=> Sie übersetzen mRNA in Aminosäureketten = Proteine

• Zwei vers. tRNAs für Methionin: tRNAf (Initiator tRNA) und tRNAMet

—> Generell: Initiator tRNA erkennt das Start-Codon

-> Schon wahrend transkription

Prokaryoten:

—> In Bakterien (und Organellen) wird das Methionin an der Initiator tRNA zu Formylmethionin verändert.

• Initiationsfaktor IF2 erkennt fMethionyl – tRNAf aber nicht Methionyl – tRNAMet

—> haben oft eine polycistronische mRNA

-> eine einzige mRNA enthält mehrere Gene, also mehrere Start- und Stoppsignale

• GTP-spaltende Proteine (GTPasen) durchlaufen Strukturänderungen bei GTP-Bindung und

  GTP-Spaltung (molekulare Schalter)

• Nur tRNAm wird für den Einbau von Methionin in eine wachsende Polypeptidkette verwendet.

• Elongationsfaktor EF-Tu (eEF1A) erkennt Methionyl - tRNAMet, aber nicht fMethionyl - tRNAf

Elongationszyklus:

1. Bindung einer neuen tRNA in Position A

   • Eine beladene Aminoacyl-tRNA (mit passendem Anticodon) wird ins Ribosom gebracht.

   • Das macht der Elongationsfaktor EF-Tu zusammen mit GTP

2. Bildung der Peptidbindung (Peptidyltransferase-Aktivität des Ribosoms)

   • die wachsende Peptidkette an der P-Stelle

   • mit der neuen Aminosäure an der A-Stelle

3. Die Kette „springt“ auf die tRNA in der A-Stelle

4. Translokation des Ribosoms um 3 Basen

   • GTP-Hydrolyse in EF-G resultiert in seiner Strukturänderung

     → relative Verschiebung von mRNA und Ribosom um 3 Nukleotide (Translokation)

   => “Molecular Mimicry” = EF-G ahnelt strukturell omplexen aus EF-Tu und tRNA

5. Termination

   • Freisetzung der tRNA

—> Initiation grundsatzlich anders als bei Prokaryoten

1. Erkennung der Cap-Struktur

• Die eukaryotische mRNA hat am 5'-Ende eine m⁷G-Cap (7-Methylguanosin)

• Der Initiationsfaktor eIF4E bindet an diese Cap-Struktur

2. Bildung des Präinitiationskomplexes

• Die kleine Ribosomen-Untereinheit (40S) lagert sich an – zusammen mit:

  • Initiator-tRNAᵢᴹᵉᵗ (trägt Methionin, kein fMet!)

  • GTP-gebundenem eIF2

  • Anderen Faktoren: eIF1A, eIF3, eIF4

    
    

3.Scanning-Mechanismus

• Der Komplex scannt entlang der mRNA in 5' → 3'-Richtung

• Ziel: Finden des Startcodons AUG

• Häufig flankiert von einer Kozak-Sequenz → erhöht Erkennung

• Initiationsfaktoren Losen sich auf

4. Anlagerung der großen Untereinheit (60S)

• Die große Ribosomen-Untereinheit (60S) lagert sich an

• Es entsteht das vollständige 80S-Ribosom

• Die Translation kann mit Elongation beginnen

=> reguliert Translation des Eisen-bindenden Proteins Ferritin

• In Abwesenheit von Eisen blockt das IRE Binding Protein (IRE-BP) die Translation durch Verhinderung der Bildung eines Initiationskomplexes

• Eisen-assoziiertes IRE Binding Protein kann nicht an IRE RNA binden

→ Translation von Ferritin