Ribosomen und Translation

Die Translation ist der Prozess, bei dem das Ribosom die Codons einer Messenger-RNA abliest und die entsprechende Kette von Aminosäuren zusammensetzt. Das Ribosom ist ein großer Komplex aus ribosomaler RNA und Proteinen, der in eine kleine Untereinheit, die die mRNA dekodiert, und eine große Untereinheit, die die Peptidbindungskatalyse durchführt, gegliedert ist. Strukturstudien zeigten, dass diese Katalyse durch ribosomale RNA erfolgt, was das Ribosom zu einem Ribozym macht.

Definition

Die Translation ist die Ribosom-vermittelte Synthese eines Polypeptids, bei der Transfer-RNAs Aminosäuren liefern, die aufeinanderfolgenden mRNA-Codons entsprechen, und der RNA-Kern des Ribosoms die Peptidbindungsbildung zwischen ihnen katalysiert.

Scope

Dieses Thema behandelt die Struktur des Ribosoms und seiner Untereinheiten, die drei Phasen der Translation (Initiation, Elongation, Termination), die Rollen der Transfer-RNA und des genetischen Codes sowie die Regulation der Translationsinitiation als Kontrollpunkt für die Genexpression. Es handelt sich um eine Referenz aus der Molekularbiologie und gibt keine klinischen Ratschläge.

Core questions

• Wie wird ein mRNA-Codon der richtigen Aminosäure zugeordnet?
• Welche Rollen spielen die kleine und große ribosomale Untereinheit?
• Wie werden Start und Stopp der Translation definiert?
• Warum ist die Initiation der wichtigste regulierte Schritt der Translation?

Key concepts

• Kleine und große ribosomale Untereinheiten
• Ribosomale RNA und ribosomale Proteine
• A-, P- und E-tRNA-Bindungsstellen
• Transfer-RNA und Aminoacylierung
• Der genetische Code und Codon-Anticodon-Paarung
• Initiation, Elongation und Termination
• Peptidyltransferase-Zentrum
• Cap-abhängige Translationsinitiation

Key theories

Das Ribosom als Ribozym

Hochauflösende Strukturen der großen Untereinheit lokalisierten nur ribosomale RNA, nicht Protein, im Peptidyltransferase-Zentrum, was die Ansicht stützt, dass die Peptidbindungsbildung durch RNA katalysiert wird und mit einem RNA-Welt-Ursprung der Translation vereinbar ist.

Mechanisms

Ein Ribosom lagert sich an eine mRNA an, wobei die kleine Untereinheit das Startcodon und eine Initiator-tRNA positioniert; bei Eukaryoten ist diese Cap-abhängige Initiation der wichtigste regulierte Schritt, der durch Initiationsfaktoren kontrolliert wird (Sonenberg & Hinnebusch, 2009). Während der Elongation treten Aminoacyl-tRNAs in die A-Stelle ein, das Peptidyltransferase-Zentrum der großen Untereinheit bildet die Peptidbindung, und das Ribosom translokiert, sodass die Kette Codon für Codon wächst; strukturelle Arbeiten lokalisierten diese katalytische Aktivität in der ribosomalen RNA (Nissen et al., 2000). Die Erkennung eines Stoppcodons durch Freisetzungsfaktoren beendet die Synthese und setzt das fertige Polypeptid frei, das sich dann entsprechend seiner Sequenz faltet (Anfinsen, 1973).

Clinical relevance

Da die Translation bestimmt, welche Proteine eine Zelle in welchen Mengen herstellt, ist ihre Regulation für das normale Zellwachstum von zentraler Bedeutung, und mehrere Antibiotika wirken, indem sie bakterielle Ribosomen angreifen. Dieser Eintrag beschreibt den Mechanismus und seine allgemeine Bedeutung; er ist kein Leitfaden für die Arzneimittelauswahl oder Patientenversorgung.

History

Die Grundzüge der Translation, des genetischen Codes und die Adapterfunktion der tRNA wurden Mitte des 20. Jahrhunderts durch die Molekularbiologie etabliert. Atomare Kristallstrukturen der ribosomalen Untereinheiten um das Jahr 2000, einschließlich des Nachweises, dass RNA den katalytischen Kern bildet (Nissen et al., 2000), veränderten das Verständnis der Funktionsweise des Ribosoms grundlegend und wurden mit dem Nobelpreis für Chemie 2009 gewürdigt.

Key figures

• Thomas Steitz
• Venkatraman Ramakrishnan
• Ada Yonath
• Nahum Sonenberg

Seminal works

• nissen-2000
• sonenberg-2009

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen Transkription und Translation?

Die Transkription kopiert ein DNA-Gen in Messenger-RNA; die Translation liest diese Messenger-RNA am Ribosom ab und baut das entsprechende Protein auf. Die Translation ist der Proteinsyntheseschritt.

Warum wird das Ribosom als Ribozym bezeichnet?

Da seine katalytische Stelle, die die Peptidbindungen zwischen Aminosäuren bildet, aus ribosomaler RNA und nicht aus Protein aufgebaut ist, ist das Ribosom ein RNA-Enzym oder Ribozym.