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Vom Gen zum Protein

Ribosom

Das Ribosom ist der Ort der Proteinbiosynthese. Die Bezeichnung leitet sich aus der Ribonucleinsäure und dem griechischen Wort σωμα für Körper ab. Tatsächlich besteht das prokaryontische Ribosom zu etwa 2/3 aus RNA (16S, 5S und 23S rRNA) und 54 verschiedenen Proteinen. Säugerzell-Ribosomen, wie die aus Rattenleber, setzen sich aus vier rRNAs von 18S, 5S, 5,8 S und 28S und 82 Proteinen zusammen. Die Ribonucleinsäuren und Proteine sind in supramolekularen Komplexen organisiert, die als kleine und große Untereinheit bezeichnet werden. Diese Untereinheiten dissoziieren leicht, indem man die Mg2+-Konzentration unter ein bestimmtes Niveau herabsetzt. Die messenger-RNA und die Initiator-tRNA (f-Met-tRNA) werden zu Beginn der Translation unter Mithilfe von Initiationsfaktoren in Gegenwart von GTP von der kleinen Untereinheit gebunden. Nach der Bindung der 50S Untereinheit ist der 70S-Holokomplex zusammengebaut, und das Ribosom ist für die Proteinbiosynthese bereit. Die gesamte Peptidyl-Transferase-Aktivität geht von der 23S rRNA der großen Untereinheit aus, die als Ribozym wirkt. Zwischen Jahren 1999 und 2005 gelang es, die 3D-Strukturen von Ribosomen verschiedener Organismen durch Röntgenstrukturanalyse oder Kryo-Elektronenmikroskopie in Kombination mit Bildverarbeitungstechniken zu bestimmen.

Abb.1
Große Untereinheit

Aus Haloarcula marismortui, PDB-Code: 1FFK

Abb.2
Kleine Untereinheit

PDB-Code: 1FKA

Abb.3

tRNA-Bindungsstellen

Lange Zeit war umstritten, wieviele tRNA-Moleküle an das Ribosom binden. Es gab verschiedene Modelle, die alle von mindestens zwei Bindungsstellen ausgingen. Durch die 3D-Struktur kennt man nun sicher drei Bindungsstellen, die im einzelnen, wie folgt, genannt werden:

1. A-Site: Über die A-site (A für Aminoacyl-Site, also für den Bindungsort der aminoacylierten tRNA) tritt die beladene tRNA in das Ribosom ein. Die beladene tRNA ist zunächst an einen Faktor gebunden, der die tRNA vor autokatalysierter Hydrolyse schützt. Erst wenn ein korrekter Codon-Anticodon-Kontakt zustandegekommen ist, bindet die tRNA an die A-site und übernimmt sofort die wachsende Peptidkette.

2. P-Site: In die P-Site (P für Peptidyl-Site, also für den Bindungsort der tRNA mit der wachsenden Peptidkette) wechselt die tRNA, nachdem sie von der vorlaufenden tRNA die Peptidkette durch Ausbildung der Peptidbindung übernommen hat. Sie bleibt über ihr zugehöriges Anticodon an die mRNA gebunden.

3. E-Site: In die E-Site (E für Exit-Site, also für den Ausgang) wechselt die tRNA, kurz bevor sie das Ribosom verlässt. Sie hat zu diesem Zeitpunkt ihre Peptidkette bereits abgegeben, ist aber noch über das Anticodon an das Codon der mRNA gebunden. Sobald im nächsten Verlängerungsschritt das Ribosom vorrückt, wird die mRNA und damit auch die tRNA frei, weil die Bindung der tRNA ohne einen Proteinfaktor naturgemäß sehr schwach ist, so dass sich die tRNA von der mRNA trennt. Die tRNA steht nun für einen neuen Beladungscyclus zur Verfügung.

Literatur

Ban, N.; Ban, N.; Nissen, P.; Hansen, J.; Moore, P. B.; Steitz, T. A. (2000 ): The complete atomic structure of the large ribosomal subunit at 2.4 A resolution. . In: Science . 289 , 905-920
Schuwirth, B. S.; Borovinskaya, M. A.; Hau, C. W.; Zhang, W.; Vila-Sanjurjo, A., W.; Holton, J. M.; Cate, J. H. (2005): Structures of the bacterial ribosome at 3.5 Å resolution. In: Science . 310 , 827-834
Schluenzen, F.; Tocilj, A.; Zarivach, R.; Harms, J.; Gluehmann, M.; Janell, D.; Bashan, J.; Bartels, H.; Agmon, I.; Franceschi, F.; Yonath, A. (2000): Structures of the functionally activated small ribosomal subunit at 3.3 Å resolution. In: Cell . 102 , 15-23

Zugang zur PubMed-Datenbank

Hinweis
Die Homepage der Gruppe von Prof. Ada E. Yonath bietet detaillierte Ansichten von Struktur und Funktion der Ribosomen.
Es sei auch auf die Website von J. Frank zur 3D-Visualisierung und Strukturanalyse von Ribosomen aus unterschiedlichen pro- und eukaryontischen Organismen mittels Cryo-Elektronenmikroskopie hingewiesen.
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