Fragebogen F

Ribosom = Ribonukleoproein

(Ribosome bestehen aus rRNA und Proteinen —> Umsetzung genetischer Information von mRNA in Proteine)

Aufbau:

i) kleine Untereinheit: Ablesen der mRNA

ii) große Untereinheit: verknüpft die Aminosäuren zu einem Protein

rRNA: ist für die eigentliche Proteinherstellung (Verknüpfung der Aminosäuren) verantwortlich

Proteine: stabilisieren die Struktur des Ribosoms + unterstützen die Funktion der rRNA

Proteinbildung —> Peptidbindung zwischen Aminosäuren

Kondensationsreaktion (Abspaltung von Wasser):

Die Aminogruppe (NH₂) einer Aminosäure reagiert mit der Carboxylgruppe (COOH) einer anderen Aminosäure

—> Peptidbindung

(Bildung der Peptidbindung in großer Untereinheit des Ribosoms)

(—> Verknüpfung von Aminosäuren zu einer Polypeptidkette)

Ribosomen sind keine Organellen, da sie keine Membran besitzen

(Ribosom = Zellbestandteil, aber nicht membranumhülltes Organell)

—> beschreibt Sedimentationsverhalten (physikalisches Verhalten): Maß für die Größe und From gemessen mittels Ultrazentrifugation

S-Wert gibt an, wie schnell ein Teilchen bei Ultrazentrifugation absinkt

—> je schneller ein Teilchen sedimentiert, desto größer sein S-Wert

S-Wert beeinflusst durch: Molekülmasse, Dichte, Form, Reibung im Medium

(zwei Moleküle ähnlicher Masse können unterschiedliche S-Werte haben, wenn sie sich z.B. in ihrer Form unterscheiden)

Prokaryoten: 70S-Ribosomen (30S + 50S)

Eukaryoten: 80S-Ribosomen (40S + 60S)

S-Werte nicht additiv, da:

Die Überlappung/Zusammenlagerung der Untereinheiten führt zu Formänderung und daher auch zur Änderung des S-Werts (Änderung des Sedimentationsverhaltens)

—> Ribosom wird komplakter

—> Reibungswiederstand im Medium sinkt

eukaryotische Ribosome

große UE: 60S (3 rRNA / 49 Proteine)

kleine UE: 40S (1 rRNA / 33 Proteine)

—> 80S

größer als prokaryotische Ribosomen, da:

• mehr Proteine (insbesonderes in der kleinen Untereinheit)

• mehr rRNA (mehr strukturgebende Proteine nötig)

—> Eukaryoten: mehr Regulationsmöglichkeiten im Ribosom (komplexer)

prokaryotische Ribosome (Bakterien)

große UE: 50S (2 rRNA / 31 Proteine)

kleine UE: 30S (1 rRNA / 21 Proteine)

—> 70S

kleiner als eukaryotische Ribosomen (weniger rRNA / weniger Proteine)

Polysomen (Polyribosomen) sind Verbände aus mehreren Ribosomen, die gleichzeitig dieselbe mRNA ablesen

—> parallele Translation auf einer mRNA

funktioneller Vorteil:

• Effizienzsteigerung der Proteinbildung (identisch) —> Zeitersparnis

• Ressourcenschonend, da Zelle weniger neue mRNA transkribieren muss

• hohe Proteinausbeute bei “kurzer” mRNA-Lebensdauer

—> Polysomen ermöglichen eine schnelle und effiziente Produktion vieler Proteine aus einer mRNA

Aminoacylierung (ATP liefert Energie)

1) Aminosäure + ATP → Aminoacyl-AMP + PPi

• Aminosäure wird aktiviert durch Bindung an AMP (Adenosinmonophosphat)

[PPi: Pyrophosphat wird in 2 Phosphate gespalten —> Reaktion wird irreversibel]

• (Energie wird durch ATP geliefert)

2) Aminoacyl-AMP + tRNA → Aminoacyl-tRNA + AMP

• aktivierte Aminosäure wird auf passende tRNA übertragen

—> Aminoacyl-tRNA, bereit für die Translation (energiereich gebunden)

Ziel der Aktivierung:

Eine Aminosäure muss an ihr passendes tRNA-Molekül gebunden werden, damit sie ins Ribosom eingebaut werden kann. Ohne Aktivierung kann die Aminosäure keine Peptidbindung bilden.

—> Aminosäure benötigt energiereiche Bindung, um später die Peptidkette zwischen Aminosäuren auszubilden

Aufbau tRNA:

• L-förmige Struktur (sorgt für identische Bindung am Ribosom)

• —> vier “Arme” + 3 Schleifen

Struktur entsteht durch Falten der Kette, sowie Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen

tRNA: 73-93 Nukleotide —> bilden Ribonukleotidketten

• am 3´ Ende: Bindung der aktivierten Aminosäure als Ester

Modifikationen:

—> tRNAs sind stark modifiziert (sorgt für schnelle Anpassung)

1) Struktur und Stabilität:

Modifikationen sichern die korrkete 3D-Faltung + schützen tRNAs vor Abbau

2) Genauigkeit und Decodierung:

Modifikationen verbessern Codon-Erkennung bzw. verhindern Fehler, indem sie die Codon-Erkennung einschränken + Modifiaktionen steuern Wobble-Paarung

3) Anpassung an zelluläre Bedingungen (Translationstegulation):

Modifikationen passen sich z.B. Stress / Nährstoffmangel an —> Translation bestimmter Proteine bevorzugt bzw. gedrosselt

Ribosom besitzt 3 Bindestellen für tRNA während der Translation

tRNA —> A-Stelle —> P-Stelle —> E-Stelle

1) A-Stelle (Codon-Erkennung)

neue Aminoacyl-tRNA bindet an Codon (tRNA mit aktivierter Aminosäure beladen)

Bindung nur, wenn Codon (mRNA) und Anti-Codon (tRNA) komplementär sind

—> tRNA rutscht weiter auf P-Stelle

—> A-Stelle wird von neuer tRNA besetzt

2) P-Stelle (Peptidbindung)

Riobsom katalysiert Peptidbindung zwischen neuer Aminosäure und Carboxylende der wachsenden Polypeptidkette

Verknüpfung der Aminosäuren zu Peptidbindung

—> tRNA (unbeladen) rutscht nun weiter auf E-Stelle

3) E-Stelle (Translokation)

—> entladene tRNA (ohne Aminosäure) verlässt das Ribosom

Ribosom zerfällt in seine Untereinheiten

Ja, eine mRNA kann mehrmals translatiert werden (solange mRNA stabil ist), da

i) nach Abschluss eine Translation wird die mRNA nicht verbraucht oder zertstört

aber: mRNA wird durch Enzyme (RNasen/Ribonukleasen) abgebaut

ii) mehrer Ribosome können gleichzeitig die selbe mRNA translatieren —> Polysom

mRNA hat “begrenzte Lebensdauer”

—> kurzlebige mRNA: schnelle Anpassung möglich

—> langlebige mRNA: viel Proteinproduktion

Proteinbiosynthese: DNA —> mRNA —> Protein

1) Transkription

DNA wird in mRNA umgeschrieben

2) RNA-Prozessierung bei Eukaryoten

• 5´Cap

• Poly-A-Schwanz

• Splicing —> Introns entfernen “Lasso”

prä-mRNA wird zu reifen-mRNA

3) Translation (Ribosome)

mRNA wird in Aminosäurekette übersetzt

4) Posttranslationale Modifikationen

Protein wird gefaltet, chemisch Verändert (Glykosylierung), transportiert

a) Transkription

—> DNA wird in mRNA umgeschrieben

b) Translation

i) Initiation: Ribosom bindet mRNA, Binden der Initiator-tRNA am Startcodon

Prokaryoten:

• 30S-Untereinheit erkennt Shine-Dalgarno-Sequenz auf mRNA

• Korrekte Positionierung des AUG-Start-Codons / Beladung der P-Stelle mit fMet-tRNA (spezielle Initiator-tRNA)

• 50S-Untereinheit lagert sich an —> vollständiges 70S Ribosom

• Drei Initiationsfaktoren (IF1, IF2, IF3)

• Startaminosäure = formyliertes Methionin fMet

—> Aufbau des funktionsfähigen Ribosoms am Startcodon

ii) Elongation: Verlänerung der Polypeptidkette (belandene tRNA)

• Anlagerung der Aminoacyl-tRNA —>Passende tRNA bindet an die A-Stelle

• Peptidbindung —> Polypeptidkette wird von der tRNA in der P-Stelle auf die Aminosäure in der A-Stelle übertragen.

• Translokation

  Ribosom rückt um ein Codon (5' → 3') weiter (RNAs rutschen weiter: A → P → E, entladene tRNA verlässt das Ribosom)

—> Wobble-Hyothese (Position 3 des Codons): Erlaubt nicht-kanonische Basenpaarung (z.B.: G-U)

iii) Termination: Abbruch der Proteinbiosynthese bei Erreichen eines Stop-Codons (UAA, UAG, UGA)

—> mRNA wird in Aminosäurekette übersetzt

—> Ribosom zerfällt in seine Untereinheiten (kann erneut genutzt werden)

c) Modifikation

—> Protein wird gefaltet, transportiert, chem. verändert