Translation

Synonym

  • Proteinbiosynthese

Definition

  • Übersetzung der als mRNA vorliegenden Information für eine bestimmte Aminosäuresequenz in das fertige Protein.

Ablauf

Allgemeines

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.

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