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Translation: Ablauf und Regulation

Translation: Ablauf und Regulation

Die Translation ist der Prozess der Proteinbiosynthese, bei dem das messenger-RNA-Transkript in ein Protein übersetzt wird. Dieser Prozess ist in drei Phasen unterteilt: Initiation, Elongation und Termination. Die Translation findet an den Ribosomen statt. Das sind große Komplexe aus Proteinen und ribosomaler RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA ( rRNA rRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA). Das Ribosom „liest“ die mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA und bindet transfer-RNAs (tRNAs), die jeweils mit einer bestimmten Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren assoziiert sind. Die Peptidyltransferase verknüpft die gebundenen Aminosäuren anschließend zu einer Polypeptidkette. Die Translation kann auf mehreren Ebenen reguliert werden. Eine Form der Translationsregulation ist die RNA-Interferenz. An diesem Prozess sind kleine Abschnitte doppelsträngiger RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA beteiligt, die die Translation von mRNAs hemmen.

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Inhalt

Zentrales Dogma und genetischer Code

Bestandteile der Translation

Initiation der Translation

Elongation und Termination der Translation

Translationsregulation

Klinische Relevanz

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Zentrales Dogma und genetischer Code

Definition

Zentrales Dogma der Biologie: Die Genexpression erfolgt von der DNA DNA Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA zum Protein. Zunächst wird DNA DNA Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA in RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA transkribiert, die dann in ein Protein oder ein Proteinfragment (Polypeptid) übersetzt wird.
Die Translation ist ein Teilprozess der Proteinbiosynthese, bei dem die mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA als Matrize für die Synthese von Polypeptiden verwendet wird.

DNA DNA Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA

Die DNA DNA Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA ist ein Doppelhelix-Molekül, das aus zwei antiparallel angeordneten Einzelsträngen besteht. Dadurch erhält die DNA DNA Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA das Aussehen einer verdrehten Leiter.
- Die „Seiten“ der Leiter bestehen aus Desoxyribosen (Zuckermolekül mit fünf Kohlenstoffatomen) und Phosphatmolekülen.
- Die „Sprossen“ der Leiter bestehen aus komplementären stickstoffhaltigen Molekülen, die als Nukleobasen bezeichnet werden und gemeinsam mit den Zucker- und Phosphatresten sogenannte Nukleotide bilden.
DNA-Basenpaare:
- Guanin Guanin Nukleinsäuren (G), Cytosin Cytosin Nukleinsäuren (C), Adenin Adenin Nukleinsäuren (A) und Thymin Thymin Nukleinsäuren (T)
- G und C sind über drei Wasserstoffbrücken miteinander verbunden.
- A und T sind über zwei Wasserstoffbrücken miteinander verbunden.
- Diese Basenpaare können als Buchstabenfolge „gelesen“ werden (z. B. GTATCGA).
- Die Abfolge der Basen verschlüsselt den genetischen Code, mithilfe dessen die DNA-Sequenz im Rahmen der Proteinbiosynthese in ein Protein übersetzt werden kann.

RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA

Einzelsträngiges Molekül aus Ribosen (Zuckermolekül mit fünf Kohlenstoffatomen) und Phosphatmolekülen
An jede Ribose ist eine Nukleobase gebunden:
- Guanin Guanin Nukleinsäuren (G), Cytosin Cytosin Nukleinsäuren (C), Adenin Adenin Nukleinsäuren (A) und Uracil (U)
- Thymin Thymin Nukleinsäuren (T) ist durch Uracil (U) ersetzt.
- A und T sind über zwei Wasserstoffbrücken miteinander verbunden.
Codon: Basentriplett aus drei benachbarten Nukleotiden, das für eine bestimmte Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren kodiert
Arten von RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA:
- Messenger-RNA ( mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA): Matrizenstränge, die an den Ribosomen in Polypeptide translatiert werden
- Ribosomale RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA ( rRNA rRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA): Bestandteil der Ribosomen
- Transfer-RNA Transfer-RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA ( tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA): Moleküle, die spezifische Aminosäuren zum Ribosom transportieren und mit komplementären Anticodons an die mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA binden

Transkription Nukleinsäuren — Struktur von RNA und DNA
Bild von Lecturio.

Genetischer Code

Der genetische Code ist die Art und Weise, wie die Basensequenz der DNA DNA Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA oder RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA in eine Aminosäuresequenz übersetzt wird.

Genetische Informationen der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA sind in Basentripletts verschlüsselt, die als Codons bezeichnet werden.
Der Code ist eindeutig:
- Jedes Codon codiert für nur eine Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren.
Der Code ist degeneriert:
- Aus den vier Basen ergeben sich 64 mögliche Basentripletts. Es gibt allerdings nur 20 proteinogene Aminosäuren.
- Einige Aminosäuren können von mehreren Codons kodiert werden:
  - Verschiedene Codons für die gleiche Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren unterscheiden sich häufig nur in der dritten Base (Wobble-Base).
  - Mutationen in der Wobble-Base sind oft stille Mutationen, die die Aminosäuresequenz nicht beeinflussen.
  - Beispielsweise codieren GGG, GGA, GGC und GGU alle für Glycin. Mutiert GGG zu GGA, bleibt die Aminosäuresequenz unverändert und es entsteht das gleiche Protein.
Der Code enthält „Zeichensetzung“:
- Startcodon (Initiation der Translation): AUG → Code für Methionin
- Stopcodons (Termination der Translation): UAA, UAG, UGA
Der Code ist universell:
- Der Code ist bei fast allen Organismen gleich.
- Keine Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten.
- Ausnahme: Leichte Unterscheidungen der Codons in Mitochondrien.
Die Übersetzung des genetischen Codes erfolgt indirekt durch tRNAs.

Genetischer Code — Genetischer Code:
Gelesen wird die Code-Sonne von der Mitte aus zum Rand, um festzustellen, für welche Aminosäuren jedes der 64 Codons kodiert. Start- und Stoppcodons sind gekennzeichnet.
Bild von Lecturio.

Bestandteile der Translation

Die Translation der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA in ein Protein erfolgt durch die Ribosomen und tRNAs.

Transfer-RNAs (tRNAs)

tRNAs transportieren spezifische Aminosäuren zu den Ribosomen und binden über komplementäre Anticodons an die mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA. Die Aminosäuren werden zu einer Polypeptidkette verknüpft.

Synthese:
- RNA-Polymerase in Prokaryoten
- RNA-Polymerase III in Eukaryoten
- Für jede Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren gibt es eine spezifische tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA.
Struktur:
- Einzelsträngiges RNA-Molekül aus etwa 70 – 85 Nukleotiden
- Ausbildung einer Kleeblatt-Struktur durch Wasserstoffbrückenbindungen und Basenpaaren innerhalb des Moleküls
- Das 3′-Ende (Stängel des Kleeblatts) ist eine Bindungsstelle für eine Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren.
- Die mittlere Schleife des Kleeblatts enthält ein Anticodon:
  - Sequenz aus drei Basen, die zu einem mRNA-Codon komplementär ist
  - Ermöglichen Bindung der tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA an eine mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA mit passendem Codon
Beladung der tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA:
- Bindung einer Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren an die tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA
- Katalysiert durch die Aminoacyl-tRNA-Synthetase
Aminoacyl-tRNA-Synthetase:
- Verantwortlich für die Bindung der richtigen Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren an die richtige tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA
- Spezifische Aminoacyl-tRNA-Synthetase für jede Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren und tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA
- Zwei Bindungsstellen:
  - tRNA-Bindungsstelle: Codon-ähnliche Struktur, die an das Anticodon der tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA bindet
  - Aminosäure-Bindungsstelle: Bindung der spezifischen Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren, die zu diesem Anticodon passt
- Beladung der tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA:
  - Bindung der Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren an die Aminosäure-Bindungsstelle der Aminoacyl-tRNA-Synthetase
  - Spaltung von ATP → Bildung eines Aminoacyladenylats
  - Bindung der tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA an die tRNA-Bindungsstelle der Aminoacyl-tRNA-Synthetase
  - Verbindung von Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren und tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA unter Freisetzung von AMP
  - Freisetzung der beladenen tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA
- Die am 3′-Ende der tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA gebundene Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren passt zu dem Codon auf der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA, an das das tRNA-Anticodon binden kann.
Initiator-tRNA: tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA mit passendem Anticodon zum Startcodon
- In Prokaryoten: N-Formylmethionin-tRNA (fMet-tRNA)
- In Eukaryoten: Methionin-tRNA (met-tRNA)

Transfer RNAs (tRNA) — Sekundärstruktur der transfer-RNA (tRNA). Es handelt sich um ein sehr kleines RNA-Molekül, sodass die gesamte Sequenz abgebildet ist.
Bild von Lecturio.

Charging a tRNA on aminoacyl synthetase — Sekundärstruktur der transfer-RNA (tRNA). Es handelt sich um ein sehr kleines RNA-Molekül, sodass die gesamte Sequenz abgebildet ist.
Bild von Lecturio.

Ribosomen

Die Translation findet an den Ribosomen statt. Es handelt sich dabei um katalytische Komplexe, die aus ribosomaler RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA und Proteinen bestehen. Innerhalb des ribosomalen Komplexes werden tRNAs gebunden und die mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA in ein Polypeptid übersetzt.

Ribosomenstruktur:
- Große und kleine Untereinheit
- Komplex aus rRNAs und Proteinen
- rRNAs bilden Sekundärstrukturen aus, indem sie sich mit sich selbst paaren.
Große Untereinheit:
- Peptidyltransferase:
  - Ribozym ( rRNA rRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA mit katalytischer Aktivität)
  - Größte rRNA rRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA innerhalb des Ribosoms
  - Bildung von Peptidbindungen zwischen den Aminosäuren
- Drei Bindungsstellen für beladene tRNAs:
  - A-Stelle: Ankunftsstelle / Aminoacyl-Stelle
  - P-Stelle: Polypeptidyl-Stelle
  - E-Stelle: Exit-Stelle
Kleine Untereinheit: Entschlüsselung der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA
Leserichtung der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA vom 5′- zum 3′-Ende
Die Ribosomen befinden sich frei im Zytosol Zytosol Die Zelle: Zytosol und Zytoskelett oder angelagert an das raue endoplasmatische Retikulum (rER).

Ribosomenstruktur — Ribosomenstruktur: Die große Untereinheit mit A-, P- und E-Bindungsstellen für beladene tRNAs. Die kleine Untereinheit befindet sich unterhalb der mRNA.
Bild von Lecturio.

**Tabelle: Prokaryotische versus eukaryotische Ribosomen**
	Prokaryoten	Eukaryoten
Größe der kleinen Untereinheit	30 S	40 S
Größe der großen Untereinheit	50 S	60 S
Anzahl der Proteine Proteine Proteine und Peptide	52	88
Anzahl der rRNAs	3	4
Größe der homologen rRNAs in der kleinen Untereinheit	16 S	18 S
Größen der homologen rRNAs in der großen Untereinheit	5 S 23 S*	5 S 28 S*
Größe der rRNA rRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA in der großen Untereinheit ohne prokaryontisches Homolog		5,8 S

* Die als Peptidyltransferase bekannte rRNA katalysiert die Bildung von Peptidbindungen zwischen Aminosäuren der wachsenden Polypeptidkette.

Initiation der Translation

Die Initiation der Translation beinhaltet die Zusammenlagerung des Ribosoms an der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA in richtiger Ausrichtung sowie das Auffinden des Startcodons.

Hinweis: Diese Animation hat keinen Ton.

Zusammenlagerung des Ribosoms

Die ribosomalen Untereinheiten liegen im Zytosol Zytosol Die Zelle: Zytosol und Zytoskelett getrennt voneinander vor.
Die kleine Untereinheit des Ribosoms bindet an das 5′-Ende der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA.
Die große Untereinheit bindet erst, nachdem die Initiator-tRNA an das Startcodon gebunden hat.
Prokaryoten:
- Das Ribosom assembliert an der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA noch während der Transkription.
- Es ist keine Kappe am 5′-Ende der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA erforderlich, um die Leserichtung zu definieren.
Eukaryoten:
- Für die Translation muss die mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA vom Zellkern, dem Ort der Transkription, in das Zytosol Zytosol Die Zelle: Zytosol und Zytoskelett transportiert werden.
- 5′-Kappe der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA:
  - Festlegung der Ausrichtung der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA
  - Bindungsstelle für eukaryotische Initiationsfaktoren (eIFs)
- Mehrere eIFs sind für die Bindung der kleinen Untereinheit und der Initiator-tRNA an die mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA erforderlich.
Die Bindung der eIFs und der ribosomalen Untereinheiten ist energieabhängig.

Suche nach Startcodon

Nach Bindung an das 5′-Ende der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA beginnt die kleine Untereinheit mit der Suche nach dem Startcodon.

Startcodon: AUG (Codon für Methionin)
- Prokaryoten: spezifische purinreiche Sequenz am 5′-Ende zur Unterscheidung des Startcodons AUG von anderen (internen) AUG-Codons
- Eukaryoten: Startcodon ist das AUG-Codon, das sich am nächsten am 5′-Ende befindet
Der Initiationskomplex aus kleiner Untereinheit und eIFs gleitet vom 5´-Ende Richtung 3´-Ende entlang der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA, bis er auf das Startcodon (AUG) trifft. Dieser energieabhängige Prozess erfordert ATP-Hydrolyse.
Hat die kleine Untereinheit das Startcodon (AUG) auf der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA erreicht, bindet eine Initiator-tRNA an die mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA.
Anschließend lagert sich die große Untereinheit an und richtet sich so aus, dass die Initiator-tRNA an der P-Stelle des Komplexes lokalisiert ist.
Eukaryoten benötigen zusätzliche eIFs und Energie, um das Ribosom vollständig zusammenzubauen.

Zusammenbau eines Ribosoms — Zusammenlagerung eines Ribosoms
fMet: Formylmethionin
Bild von Lecturio.

Elongation und Termination der Translation

Elongation der Translation

Eine mit Aminosäuren beladene tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA (Aminoacyl-tRNA) bindet an die A-Stelle innerhalb des Ribosoms:
- Passendes tRNA-Anticodon zum mRNA-Codon
- GTP-Spaltung durch einen Elongationssfaktor (EF)
- Spezifischen EFs:
  - eEF-1α in Eukaryoten
  - EF-Tu in Prokaryoten
Die Peptidyltransferase verbindet die Aminosäuren der wachsenden Polypeptidkette:
- Übertragung der Polypeptidkette von der tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA in der P-Stelle zum Aminoende der Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren der tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA in der A-Stelle
- Bildung von Peptidbindungen zwischen zwei Aminosäuren
Das Ribosom wandert ein Codon weiter in Richtung 3′-Ende:
- Die Translokation erfordert Energie, freigesetzt durch die GTP-Hydrolyse eines weiteren EF freigesetzt wird:
  - eEF-2 in Eukaryoten
  - EF-G bei Prokaryoten
- Verschiebung der tRNAs durch die Translokation:
  - Die tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA in der A-Stelle mit der wachsenden Polypeptidkette wandert zur P-Stelle.
  - Die tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA in der P-Stelle wandert zur E-Stelle und verlässt das Ribosom.
  - An die freie A-Stelle kann eine neue tRNA tRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA binden.
Wiederholung des Zyklus bis ein Stoppcodon erreicht wird

The elongation cycle — Elongationszyklus
Bild von Lecturio.

Peptide bond within ribosomes — Elongationszyklus
Bild von Lecturio.

Wobble-Paarung

Die Basenpaarung an dritter Stelle des Codons unterliegt weniger strengen Regeln.
Wobble-Paarung: die dritte Base des Codons ist nicht komplementär zur Base an der dritten Position des Anticodons
Viele Aminosäuren werden durch mehrere Codons codiert, die sich in der dritten Base unterscheiden. Die Aminosäuresequenz und die Struktur des Proteins wird durch die Wobble-Paarung nicht verändert.
Wird durch die Wobble-Paarung eine falsche Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren eingebaut, kann ein mutiertes Protein entstehen.

Wobble-Paarung — Wobble-Paarung
Bild von Lecturio.

Bildung von Peptidbindungen

Katalysiert durch die Peptidyltransferase (enzymatische rRNA rRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA im Ribosom)
Bindung des α-Carboxyl-Kohlenstoffs einer Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren an den α-Amin-Stickstoff der zweiten Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren
Freisetzung von H₂O

Bildung einer Peptidbindung zwischen 2 Aminosäuren — Bildung einer Peptidbindung zwischen zwei Aminosäuren
Bild von Lecturio.

Termination der Translation

Die Translation endet, wenn das Ribosom ein Stopcodon erreicht.

Stopcodon codiert für einen Terminationsfaktor (Englisches Akronym: RF) und nicht für eine Aminosäure Aminosäure Grundlagen der Aminosäuren
RFs binden an der A-Stelle:
- Dissoziation der großen und kleinen Untereinheit
- Freisetzung der Polypeptidkette

Beendigung der Übersetzung — Termination der Translation
Bild von Lecturio.

Translationsregulation

Die Translation kann auf Ebene der Initiation, Elongation oder Termination reguliert werden. Die Regulation erfolgt überwiegend durch die Hoch- und Herunterregulierung von Initiations-, Elongations- und Terminationsfaktoren. Weitere Regulationsmechanismen der Translation sind die RNA-Interferenz, alternatives Spleißen und RNA-Editing.

RNA-Interferenz

RNA-Interferenz (RNAi) ist ein Mechanismus der Hemmung der Translation durch Wechselwirkungen von mRNA-Molekülen mit kleinen doppelsträngigen RNA-Molekülen.

Doppelsträngige RNAs und Proteinkomplex:
- MicroRNAs (miRNAs): stammen aus der Zelle
- Silencing RNAs bzw. small interfering RNAs (siRNAs): stammen von außerhalb der Zelle
  - z. B. von einem Virus
  - Verwendung in der Biotechnologie
- RNA-induced Silencing Complex (RISC): Komplex aus einem Protein und einer RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA (miRNA oder siRNA), der die Translation hemmen kann
Beteiligung von siRNAs und miRNAs an:
- Selektiver Abbau von mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA
- Hemmung der Translation
- Veränderung der Chromatinstruktur (epigenetische Mechanismen)
Funktionsweise der RNAi:
- Eine Endoribonuklease (Dicer) spaltet eine doppelsträngige RNA RNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA (dsRNA) in etwa 20 Basenpaarsegmente (miRNA oder siRNA).
- Trennung der dsRNA in Einzelstränge nach der Spaltung
- Bindung der einzelsträngigen miRNA/siRNA-Segmente an RISCs → RISCs unterstützen die miRNA/siRNA bei der Bindung und Hemmung eines komplementären mRNA-Strangs
- Gebunden an die mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA hemmen RISCs die Translation:
  - Spaltung von mRNA-Segmenten durch das Enzym Argonaut (Bestandteil des RISC)
  - Die Bindung des RISC an die mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA verhindert die Translation durch das Ribosom.
Funktionen von RNAi:
- Schutz vor bestimmten Viren
- Regulation der Genexpression
- In der Biotechnologie: Stilllegung bestimmter Zielgene

RNA-Interferenz über das RISC und eine miRNA — RNA-Interferenz über das RISC und eine miRNA
Bild von Lecturio.

Alternatives Spleißen

Entfernung nicht-kodierender Introns Introns Post-transkriptionale Modifikationen (RNA-Prozessierung) durch das Spleißosom (enzymatischer Ribonukleoproteinkomplex)
Durch alternatives Spleißen der mRNA mRNA Die Ribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten von RNA können aus einem einzigen Gen verschiedene Proteine Proteine Proteine und Peptide synthetisiert werden.

Alternatives Spleißen — Alternatives Spleißen:
Durch alternatives Spleißen können verschiedene Proteine aus derselben mRNA hergestellt werden.
Bild von Lecturio.

RNA-Editing

Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme können die mRNA-Transkripte nach vollendeter Transkription modifizieren.
Beispiele für Proteine Proteine Proteine und Peptide, deren mRNAs ein RNA-Editing durchlaufen:
- Apolipoprotein B
- Serotonin-Rezeptoren

Klinische Relevanz

Makrolide Makrolide Makrolide und Ketolide und Ketolide Ketolide Makrolide und Ketolide: Gruppe von Antibiotika, die häufig bei Atemwegsinfektionen verabreicht werden. Die Wirkung beruht auf einer Hemmung der 50S-Untereinheit des Ribosoms, die in einer Blockierung der Proteinsynthese in Bakterien führt. Häufige Makrolide Makrolide Makrolide und Ketolide sind Erythromycin, Clarithromycin und Azithromycin.
Tetracycline Tetracycline Tetracycline: Gruppe von bakteriostatischen Breitbandantibiotika, deren Wirkung auf einer Hemmung der 30S-Untereinheit des Ribosoms beruht. Daraus resultiert eine Blockierung der Proteinsynthese in Bakterien. Ein bekanntes Tetracyclin ist Doxycyclin.
Diphtherietoxin: Diphtherietoxin ADP-ribosyliert den eEF-2 und hemmt dadurch die Elongation der Translation und dadurch die Proteinsynthese. Das führt zum Zelltod Zelltod Zellschäden und Zelltod der betroffenen Zelle. Zu den charakteristischen Befunden der Diphtherie Diphtherie Diphtherie zählen pharyngeale Pseudomembranen (graue Tonsillenexsudate), eine schwere Pharyngitis Pharyngitis Pharyngitis und eine „Cäsarenhals“-Lymphadenopathie. Die Behandlung erfolgt hauptsächlich durch passive Immunisierung Passive Immunisierung Impfung mit Antitoxinen und Antibiotika. Ein Diphterietoxoid-Impfstoff dient der Prävention.
Krebs: miRNAs können als Tumorsuppressoren oder Onkogene wirken, indem sie die Genregulation modifizieren.

Quellen

Weil, PA (2018). Nucleic acid structure & function. In Rodwell, VW et al. (Hrsg.). Harper’s illustrated biochemistry, 31e. New York, NY: McGraw-Hill Education. Abgerufen von https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1160190679
Weil, PA (2018). Protein synthesis & the genetic code. In Rodwell, VW et al. (Hrsg.). Harper’s illustrated biochemistry, 31e. New York, NY: McGraw-Hill Education. Abgerufen von https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1160191039
Cooper, G. Hausman, R. (2013). The Cell: a molecular approach. Sunderland, MA: Sinauer Associates.
Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L. (2002). Abschnitt 29.5, Eukaryotic Protein Synthesis Differs from Prokaryotic Protein Synthesis Primarily in Translation Initiation. In Biochemistry, 5. Auflage. New York: WH Freeman. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22531/ (Zugriff am 19. April 2021).

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Tahere S.

Medizinstudentin, Universität Jena

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