Translation – zweiter Teil der Genexpression: Wie Proteine gebildet werden
Um Proteine im Körper bilden zu können, muss der dafür notwendige „Bauplan“ vom Zellkern (von der DNA) ins Zytoplasma (zu den Ribosomen) transportiert werden. Dies geschieht mit Hilfe des Botenmoleküls messenger RNA (mRNA), welches im ersten Schritt der Genexpression, der sogenannten Transkription, entsteht.
Der zweite Schritt der Genexpression wird Translation (lat. für „Übersetzung“) genannt, da hier die Nukleinsäuresequenz der mRNA in eine Aminosäuresequenz „übersetzt“ wird. Die mRNA wird dabei abgelesen und gleichzeitig die entsprechenden Aminosäuren zu einem Peptid zusammengefügt.
Proteinsynthese am Ribosom
Die in der Transkription gebildete mRNA verlässt den Zellkern und trifft im Zytosol auf die Ribosomen. Diese Zellorganellen sind für die „Übersetzung“ der mRNA maßgeblich. Um aus der Basenreihenfolge eine Aminosäurenkette zu bilden, wird des Weiteren ein „Übersetzer“ benötigt. Diese Rolle übernehmen verschiedene transfer-RNA(tRNA)-Moleküle.
Jede tRNA ist hierfür mit einer bestimmten Aminosäure beladen. Welche Aminosäure das ist, wird von der Basenfolge im sogenannten Anticodon bestimmt. Das Anticodon stellt eine Bindungsstelle aus drei Basen dar, die wiederum zu einem spezifischen Basentriplett auf der mRNA (sog. Codon) passen. Auf diese Weise kann über das Ablesen der mRNA gesteuert werden, welche Aminosäuren verknüpft werden.
Translokation und Elongation
Während der Translation wandert das Ribosom an der mRNA entlang. Innerhalb des Ribosoms bindet die jeweils passende tRNA an das Codon. Ist die Paarung abgeschlossen, rückt das Ribosom auf der mRNA zum nächsten Codon weiter (Translokation). Hier bindet sodann die nächste passende tRNA. Die beiden Aminosäuren der benachbarten tRNA-Moleküle werden zu einer Peptidkette verknüpft (Elongation) und die „leere“ tRNA verlässt daraufhin das Ribosom.
Dieser Prozess wird so lange fortgesetzt, bis ein spezielles Stop-Codon erreicht wird. Daraufhin wird die Translation beendet und die Peptidkette löst sich vom Ribosom. Erst jetzt nimmt die Peptidkette die räumliche Struktur des fertigen Proteins an.
Die Code-Sonne
Aus der sogenannten „Code-Sonne“ lässt sich ablesen, welche Basenkombination für welche Aminosäure codiert. Sie wird von innen nach außen gelesen. Die Folge Guanin – Cytosin – Adenosin führt z. B. zur Aminosäure Alanin.
Es fällt auf, dass jeder Aminosäure nicht nur ein Codon, sondern gleich mehrere Basentripletts zugeordnet sind, wobei der Unterschied hauptsächlich in der dritten Base besteht. Dieser „Kniff“ der Natur sorgt dafür, dass kleinere Fehler in der Transkription nicht zwingend zu funktionsuntüchtigen Proteinen führen.
Bedeutung der Translation für die Pharmazie
Die Ribosomen der prokaryontischen Zellen weisen einige strukturelle Unterschiede zu denen in eukaryontischen Zellen auf. Dies bietet die Möglichkeit, Bakterienzellen gezielt zu schädigen.
Zur Erinnerung: Was sind Prokaryonten und Eukaryonten?
Prokaryonten (auch Prokaryoten) sind Lebewesen, deren Erbmaterial frei im Zytosol vorliegt, da sie keinen Zellkern besitzen. Zu ihnen zählen Bakterien.
Tierische Zellen sind dagegen eukaryontisch (eukaryotisch). Sie verfügen über einen Zellkern, der die Erbinformation in Form von DNA enthält.
Je nach Wirkstoff unterscheiden sich die Angriffspunkte:
- Tetrazykline (z. B. Doxycyclin) verhindern die Anlagerung der tRNA an das Ribosom und stoppen somit den Translationsvorgang gleich zu Beginn.
- Chloramphenicol und die Lincosamide (z. B. Clindamycin) hemmen die Verknüpfung der einzelnen Aminosäuren zur Peptidkette (Elongation).
- Makrolide (z. B. Azithromycin) blockieren den Austrittskanal am Ribosom und hemmen somit ebenfalls die Elongation.
- Aminoglykoside (z. B. Gentamicin) verhindern das Weiterrücken des Ribosoms an der mRNA (Translokation).
Quelle:
Sorg, Bernd; Imhof, Diana: Biochemie und Klinische Chemie für Pharmazeuten. Stuttgart: Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, 2021.