Wie läuft die Translation bei der Proteinbiosynthese ab?

Täglich sind wir in Bewegung, täglich benutzen wir unsere Muskeln, täglich erstellt unser Körper Proteine. Wir benötigen diese unter anderem, um unsere Muskeln zu kontrahieren, Zellen zu bilden und sie zu reparieren oder auch als Schutz vor Krankheiten. Aber wie enstehen diese Proteine im Körper?
Dieser Text behandelt den zweiten Schritt bei der Proteinbiosynthese (Herstellung von Proteinen). Sie findet im Cytoplasma der Zellen unseres Körpers statt. Translation kommt aus dem lateinischen und bedeutet: „übersetzen“. Aber was genau wird denn jetzt übersetzt?
Für die Übersetzung (Translation) sind drei Dinge notwendig. Der Bote (die mRNA), der Dolmetscher (also Übersetzer; das Ribosom) und die eigentlichen Informationen (die Aminosäuren).

Unsere DNA enthält die Informationen, die für die Herstellung von Proteinen benötigt werden. Im ersten Schritt (Transkription) werden diese Informationen in Form einer Basenabfolge auf die mRNA (m = messenger: Bote) übertragen. Diese Basenanfolge codiert für eine oder mehrere Aminosäuren. Also ist die mRNA unser Bote. Auf ihr sind die benötigten Informationen in Form von Basenssequenzen (Abfolge der Basen Uracil, Adenin, Cytosin, Guanin) auf einem RNA-Strang gespeichert.
Unser Dolmetscher ist das Ribosom, an ihm werden die Proteine mit Hilfe der mRNA hergestellt. Die Informationen des Boten (mRNA) werden in Form von Aminosäurenketten übersetzt  und da Proteine aus Aminosäuren bestehen, bilden sich durch Aneinanderreihung von Aminosäuren Proteine.

Soweit so gut, doch wie wird nun genau übersetzt, damit es zur Herstellung der Proteine kommt.
Übersetzt wird in drei Phasen: der sogenannte Inition (am Anfang braucht es Initative), der Elongation (Verlängerung) und der Termination (dem Ende).

Abb. 1: Ablauf der Translation am Ribosom
Abb. 1: Ablauf der Translation am Ribosom

Der eigentliche Ablauf der Translation gliedert sich in drei Schritte.

1. Initiation:
Stell dir den Initionsprozess (Startprozess) wie ein Puzzle vor! Zuerst bindet das erste Puzzleteil, die kleine Untereinheit (40S Einheit) des Ribosoms , an die mRNA an. Nun bindet das zweite Puzzleteil, die mit einer Aminosäure beladene tRNA an die mRNA (Erklärung der tRNA-Beladung später). Die tRNA (t für transfer = Überträger) liefert also die für das Protein benötigten Aminosäuren zum Ribosom. Das Puzzleteil tRNA besitzt ein Anticodon und kann sich damit an das Codons des Puzzleteils mRNA binden. Diese Bindung erfolgt an der A-Stelle (A wie Anfang).
Nun vervollständigt das letzte Puzzleteil, die große Untereinheit (60S Einheit) des Ribosoms das Puzzle. Es bildet sich der sogenannte Startkomplex, Zusammensetzung der Anfangselemente aus kleiner Untereinheit, mRNA und großer Obereinheit.

 

Fachworthilfe:
Codon = Anfangs Basenabfolge, an die gebunden wird

Anticodon = ist komplementär zum Codon, also so das beide aufeinander passen

2. Elongation:
Die Elongation ist der Prozess der Verlängerung der Aminosäurenkette. Eine weitere , mit einer Aminosäure beladenen, tRNA  bindet sich nun an die freie werdende A-Stelle. Das Ribosom katalysiert (beeinflusst) dabei zwei Reaktionen. Die Bindungen zwischen der tRNA und der Aminosäure werden gelöst und die Aminosäure von der tRNA in der P-Stelle wird mit der Aminosäure in der A-Stelle verknüpft. Vergleichbar wie wenn man Kugeln auf eine Schnur schiebt. Achtung! Es verschiebt sich dabei immer die ganze Kette an die A-Stelle und nicht die Aminosäure aus der A-Stelle an die Kette  in der P-Stelle)
Während die Aminosäurensequenz (Anordnung der Aminosäuren) verlängert wird, verschiebt sich das Ribosom um ein Basentriplette (Paket aus drei Basen) in Richtung 3'. Dadurch befindet sich die tRNA nun nicht mehr an der A-Stelle, sondern an der P-Stelle (siehe Abb. 1). Die entladene tRNA (entladene, weil sie keine Aminosäure mehr enthält) befindet sich nun an der E-Stelle (Endstelle).

Dieser Prozess wiederholt sich so lange, bis das Ribosom auf ein Stoppcodon (Terminator) auf der mRNA trifft.

 

3. Termination:

Die Translation wird bei dem Erreichen des Stoppcodons, einer Basenssequenze, die das Signal für das Ende des Prozesses gibt, beendet und das Polypeptid (Aminosäurenkette → jetzt Protein) löst sich von der tRNA und kann seine Funktion im Organismus wahrnehmen. Das Ribosom selbst zerfällt wieder in seine beiden Einheiten.

 

Exkurs: tRNA-Beladung:

Abschließend möchte ich noch erklären, wie die tRNA überhaupt mit einer Aminosäure beladen wird (siehe Abb. 2).
Selbst für die tRNA-Beladung brauchen wir ein Protein und zwar die sogenannte Synthetase. Stell dir diese wie einen Arbeiter am Fließband vor. Der Arbeiter baut drei Gegenstände aneinander. Die Aminosäure in die eine Hand (erste Bindungsstelle), ATP (Energie) in die andere Hand (zweite Bindungsstelle) und die die tRNA klemmt er unter seinen Arm.

Zuerst trennt er vom ATP das Pyrophosphat (P-P), sodass AMP (Adenosinmonophosphat) übrig bleibt, dass der Arbeiter nun an der Aminosäure befestigt. Nun nimmt er sich die tRNA unter seinem Arm und verbindet diese mit der Aminosäure, wobei das AMP abfällt. Nun ist die tRNA beladen und kann genutzt werden und der Arbeiter wartet auf seine nächste Aminosäure.

Wichtig ist dabei, jeder Arbeiter (Synthetase) ist substratspezifisch, das heißt, dass er für nur eine Aminosäure zuständig ist. Vergleichbar mit einem Arbeiter, der am Fließband nur eine spezielle Aufgabe besitzt.
Unser Körper brqaucht also nicht nur Proteine für Bewegung, sondern auch Proteine um weitere Proteine herzustellen.

Abb. 2: tRNA-Beladung
Abb. 2: tRNA-Beladung