Translation und der genetische Code

Wie das Ribosom eine Messenger-RNA in Dreiergruppen von Basen liest und das entsprechende Protein aufbaut, und wie der genetische Code Codons Aminosäuren zuordnet.

Definition

Translation ist die Ribosom-katalysierte Synthese eines Polypeptids aus der Codon-Sequenz einer Messenger-RNA; der genetische Code ist der Regelsatz, nach dem Nukleotid-Tripletts (Codons) die Aminosäuren und Stoppsignale spezifizieren, die ein Protein definieren.

Scope

Dieser Bereich behandelt die Entschlüsselung von mRNA zu Protein und den zugrunde liegenden Code. Er umfasst den genetischen Code und seine Eigenschaften, die Struktur und katalytische Rolle des Ribosoms, die Transfer-RNAs und die Aminoacyl-tRNA-Synthetasen, die diese beladen, sowie die Initiations-, Elongations- und Terminationsphasen der Translation. Posttranslationale Modifikation und Faltung werden als angrenzende Themen erwähnt, jedoch hier nicht vertieft.

Sub-topics

• Struktur und Funktion des Ribosoms
• Der genetische Code
• Stadien der Translation
• Transfer-RNA und Aminoacylierung

Core questions

• Wie werden Nukleotid-Tripletts spezifischen Aminosäuren zugeordnet?
• Wie ist die Struktur des Ribosoms und wie katalysiert es die Peptidbindungsbildung?
• Wie transportieren Transfer-RNAs die richtige Aminosäure zum richtigen Codon?
• Wie beginnt, verlängert und stoppt die Translation präzise?

Key theories

Triplett, nahezu universeller genetischer Code

Jede Aminosäure wird durch ein oder mehrere Drei-Nukleotid-Codons spezifiziert, ein Code, der degeneriert und weitgehend lebensübergreifend ist, etabliert durch zellfreie Syntheseexperimente, die die ersten Codons entschlüsselten.

Zentrales Dogma – RNA zu Protein

Die Translation realisiert den proteinlenkenden Schritt des zentralen Dogmas, indem sie die von mRNA getragene Sequenzinformation in die Aminosäuresequenz eines Proteins umwandelt.

Mechanisms

Aminoacyl-tRNA-Synthetasen heften jede Aminosäure an ihre kognate tRNA, deren Anticodon mit dem entsprechenden mRNA-Codon übereinstimmt. Die kleine ribosomale Untereinheit lokalisiert zusammen mit Initiationsfaktoren das Startcodon; die große Untereinheit tritt dann hinzu, und das Ribosom bewegt sich Codon für Codon, wobei es in seinem katalytischen Zentrum die Peptidbindungsbildung zwischen der wachsenden Kette und jeder ankommenden Aminoacyl-tRNA katalysiert. Elongationsfaktoren liefern tRNAs und treiben die Translokation an, und Freisetzungsfaktoren erkennen Stoppcodons, um das fertiggestellte Protein freizusetzen.

Clinical relevance

Der Translationsapparat ist das Ziel vieler Antibiotika, die Unterschiede zwischen bakteriellen und menschlichen Ribosomen ausnutzen, und Code-Lesefehler sowie tRNA-Defekte tragen zu Krankheiten bei; dies wird als Bedeutung, nicht als klinische Leitlinie angegeben.

History

Der genetische Code wurde in den frühen bis mittleren 1960er Jahren durch zellfreie Synthese mit synthetischen RNAs von Nirenberg und Matthaei sowie durch Codon-Zuordnungsarbeiten von Khorana und anderen entschlüsselt; nachfolgende Strukturstudien des Ribosoms zeigten, dass es sich um ein Ribozym handelt, womit die moderne Darstellung der Translation vervollständigt wurde.

Key figures

• Marshall Nirenberg
• Francis Crick
• Har Gobind Khorana
• Ada Yonath

Seminal works

• nirenberg1961
• crick1970
• watson2013

Frequently asked questions

Warum wird der genetische Code als degeneriert bezeichnet?

Weil die meisten Aminosäuren durch mehr als ein Codon spezifiziert werden, sodass mehrere verschiedene Tripletts dieselbe Aminosäure kodieren können.

Ist der genetische Code in allen Organismen gleich?

Er ist nahezu universell, mit denselben Codon-Zuordnungen in den meisten Lebensformen, obwohl einige Organellen und Organismen geringfügige Variationen aufweisen.