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Proteine und der genetische Code

Der genetische Apparat

Die Übersetzung der DNA in Proteine ist ein komplizierter Vorgang. In der DNA jeder Zelle ist immer die gesamte Information eines Organismus gespeichert, aber die oft hochspezialisierten Zellen eines Organs benötigen nur einen Bruchteil des Genoms für jene Proteine, die in diesen Zellen erforderlich sind. Zu jedem Zeitpunkt muss die Zelle abschätzen, welche und wieviele Proteine gebraucht werden. Die Genexpression muss also sehr genau reguliert werden.

Da sich Eu- und Prokaryonten im Hinblick den Zellaufbau selbst, die Organisation des Genoms und die Enzyme erheblich unterscheiden, wird der Weg von der DNA zum Protein für beide Gruppen separat dargestellt. Der grundlegende Ablauf der Transkription und der Translation ist jedoch für alle Lebewesen gleich.

Transkription

Transkription (von lat. transcribere "umschreiben") ist das Übersetzen der stabilen Information der DNA in das kurzlebige Botenmolekül mRNA. Die von RNA-Polymerasen katalysierte Transkription lässt sich in drei verschiedene Phasen unterteilen:

  • Bei der Initiation bindet die RNA-Polymerase an die DNA.
  • Während der Elongation fährt die RNA-Polymerase an der DNA entlang und schreibt dabei die genetische Information Nucleotid für Nucleotid von DNA in RNA um.
  • Die Ablösung des Transkripts - also der neuen mRNA - vom DNA-Strang erfolgt während der Termination.

Translation

Bei der Translation wird die mRNA am Ribosom in ein Protein übersetzt, indem Transfer-RNAs (tRNAs) Aminosäuren an die wachsende Peptidkette anhängen. Die tRNAs sind mit jeweils einer ganz bestimmten Aminosäure beladen und erkennen eine für sie spezifische Basensequenz aus drei Nucleotiden auf der mRNA. Dabei verwenden alle Lebewesen fast die gleiche Codierung für die 20 proteinogenen Standard-Aminosäuren, was als Hinweis auf den gemeinsamen Ursprung aller Lebewesen gedeutet wird. Auch die Translation verläuft in drei Phasen:

  • Bei der Initiation bindet die erste mit einer Aminosäure beladene tRNA (Aminoacyl-tRNA) über drei bestimmte Nucleotide (Anticodon) an die komplementäre Sequenz auf der mRNA und an die kleine Untereinheit des Ribosoms.
  • Während der Elongation binden weitere tRNAs an das Ribosom, deren Aminosäuren jeweils über eine Peptidbindung an die wachsende Polypeptidkette angehängt werden.
  • Die Termination der Peptidsynthese wird durch die Terminationscodons UAA, UAG oder UGA auf der mRNA eingeleitet. Diese codieren nicht für eine Aminosäure; die Polypeptidkette wird vom Ribosom freigesetzt.
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