Biologie für Hauptfächer I

Abbildung 1. Eine Peptidbindung verbindet das Carboxylende einer Aminosäure mit dem Aminoende einer anderen und vertreibt ein Wassermolekül. Zur Vereinfachung in diesem Bild werden nur die funktionellen Gruppen gezeigt, die an der Peptidbindung beteiligt sind. Die R-und R-Bezeichnungen beziehen sich auf den Rest jeder Aminosäurestruktur.,

Die Synthese von Proteinen verbraucht mehr Energie einer Zelle als jeder andere Stoffwechselprozess. Proteine wiederum machen mehr Masse aus als jede andere Komponente lebender Organismen (mit Ausnahme von Wasser), und Proteine erfüllen praktisch jede Funktion einer Zelle. Der Prozess der Translation oder Proteinsynthese beinhaltet die Decodierung einer mRNA-Nachricht in ein Polypeptidprodukt. Aminosäuren werden kovalent aneinandergereiht, indem Peptidbindungen in Längen von etwa 50 Aminosäureresten bis zu mehr als 1.000 miteinander verbunden werden., Jede einzelne Aminosäure hat eine Aminogruppe (NH2) und eine Carboxylgruppe (COOH). Polypeptide werden gebildet, wenn die Aminogruppe einer Aminosäure eine Amidbindung (d. H. Peptidbindung) mit der Carboxylgruppe einer anderen Aminosäure bildet (Abbildung 1). Diese Reaktion wird durch Ribosomen katalysiert und erzeugt ein Wassermolekül.

Proteinsynthesemaschinen

Neben der mRNA-Vorlage tragen viele Moleküle und Makromoleküle zum Translationsprozess bei., Die Zusammensetzung jeder Komponente kann je nach Art variieren; Zum Beispiel können Ribosomen je nach Organismus aus einer unterschiedlichen Anzahl von rRNAs und Polypeptiden bestehen. Die allgemeinen Strukturen und Funktionen der Proteinsynthesemaschinen sind jedoch von Bakterien mit menschlichen Zellen vergleichbar. Translation erfordert die Eingabe einer mRNA-Vorlage, Ribosomen, tRNAs und verschiedener enzymatischer Faktoren.

Polysomen

Noch bevor eine mRNA übersetzt wird, muss eine Zelle Energie investieren, um jedes ihrer Ribosomen aufzubauen. In E., coli, es gibt zwischen 10.000 und 70.000 Ribosomen in jeder Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt. Ein Ribosom ist ein komplexes Makromolekül, das aus strukturellen und katalytischen rRNAs und vielen verschiedenen Polypeptiden besteht. In Eukaryoten ist der Nucleolus vollständig auf die Synthese und Montage von rRNAs spezialisiert.

Ribosomen existieren im Zytoplasma in Prokaryoten und im Zytoplasma und im endoplasmatischen Retikulum in Eukaryoten., Mitochondrien und Chloroplasten haben auch ihre eigenen Ribosomen in der Matrix und im Stroma, die prokaryotischen Ribosomen ähnlicher aussehen (und ähnliche Arzneimittelsensitivitäten aufweisen) als die Ribosomen außerhalb ihrer äußeren Membranen im Zytoplasma. Ribosomen dissoziieren in große und kleine Untereinheiten, wenn sie keine Proteine synthetisieren und während des Beginns der Translation wieder dissoziieren. In E. coli wird die kleine Untereinheit als 30S beschrieben, und die große Untereinheit ist 50S, für insgesamt 70S (daran erinnern, dass Svedberg-Einheiten nicht additiv sind)., Säugetierribosomen haben eine kleine 40ER-Untereinheit und eine große 60ER-Untereinheit für insgesamt 80ER. Die kleine Untereinheit ist für die Bindung der mRNA-Vorlage verantwortlich, während die große Untereinheit nacheinander tRNAs bindet. Jedes mRNA-Molekül wird gleichzeitig von vielen Ribosomen übersetzt, die alle Protein in die gleiche Richtung synthetisieren: Lesen der mRNA von 5′ bis 3′ und Synthetisieren des Polypeptids vom N-Terminus zum C-Terminus. Die vollständige mRNA / Poly-Ribosom-Struktur wird als Polysom bezeichnet.,

tRNAs

Die tRNAs sind strukturelle RNA-Moleküle, die von Genen durch RNA-Polymerase III transkribiert wurden. Transfer RNAs dienen als Adaptermoleküle. Jede tRNA trägt eine bestimmte Aminosäure und erkennt eines oder mehrere der mRNA-Codons, die die Reihenfolge der Aminosäuren in einem Protein definieren. Aminoacyl-tRNAs binden an das Ribosom und fügen die entsprechende Aminosäure der Polypeptidkette hinzu. Daher sind tRNAs die Moleküle, die die Sprache der RNA tatsächlich in die Sprache der Proteine „übersetzen“.,

Der 64 möglichen mRNA-Codons-oder Tripletkombinationen von A, U, G und C—drei spezifizieren die Beendigung der Proteinsynthese und 61 spezifizieren die Zugabe von Aminosäuren zur Polypeptidkette. Von diesen 61 kodiert ein Codon (AUG) auch die Einleitung der Übersetzung. Jedes tRNA-Anticodon kann ein Basenpaar mit einem der mRNA-Codons bilden und eine Aminosäure hinzufügen oder die Translation gemäß dem genetischen Code beenden., Wenn zum Beispiel die Sequenz CUA auf einer mRNA-Vorlage im richtigen Leserahmen auftrat, würde sie eine tRNA binden, die die komplementäre Sequenz GAU exprimiert, die mit der Aminosäure Leucin verbunden wäre.

Als Adaptermoleküle der Translation ist es überraschend, dass tRNAs so viel Spezifität in ein so kleines Paket integrieren können. Bedenken Sie, dass tRNAs mit drei Faktoren interagieren müssen:

1. Sie müssen durch die richtige Aminoacylsynthetase erkannt werden.
2. Sie müssen von Ribosomen erkannt werden.
3. Sie müssen in mRNA an die richtige Sequenz binden.,

Aminoacyl-tRNA-Synthetasen

Der Prozess der Prä-tRNA-Synthese durch RNA-Polymerase III erzeugt nur den RNA-Teil des Adaptermoleküls. Die entsprechende Aminosäure muss später hinzugefügt werden, sobald die tRNA verarbeitet und in das Zytoplasma exportiert wurde. Durch den Prozess des tRNA – „Ladens“ wird jedes tRNA-Molekül durch eines einer Gruppe von Enzymen, Aminoacyl-tRNA-Synthetasen, mit seiner richtigen Aminosäure verbunden. Mindestens eine Art Aminoacyl-tRNA-Synthetase existiert für jede der 20 Aminosäuren; Die genaue Anzahl der Aminoacyl-tRNA-Synthetasen variiert je nach Spezies., Diese Enzyme binden und hydrolysieren zuerst ATP, um eine energiereiche Bindung zwischen einer Aminosäure und Adenosinmonophosphat (AMP) zu katalysieren; Ein Pyrophosphatmolekül wird in dieser Reaktion ausgestoßen. Die aktivierte Aminosäure wird dann auf die tRNA übertragen und AMP wird freigesetzt. Der Begriff „Aufladung“ ist angemessen, da die hochenergetische Bindung, die eine Aminosäure an ihre tRNA bindet, später verwendet wird, um die Bildung der Peptidbindung voranzutreiben. Jede tRNA ist nach ihrer Aminosäure benannt.

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