Unsere DNA (Desoxyribonukleinsäure) ist unsere Gebrauchsanweisung. Sie besteht aus einer Abfolge von Buchstaben (Nukleotiden - A, T, C und G), aus denen Proteine entstehen, die funktionellen Elemente unseres Organismus. Zu diesem Zweck muss die DNA gelesen, interpretiert und übersetzt werden. Hier kommt ein Prozess ins Spiel, der als Übersetzung bezeichnet wird.
Phase 1: DNA-Transkription
Bevor die Zelle mit der Herstellung von Proteinen beginnen kann, muss sie eine temporäre Kopie des Gens erstellen, aus der sie die Informationen extrahiert. Dieser Vorgang geht der Übersetzung voraus und wird als Transkription bezeichnet. Während der Transkription wird die Information der DNA in ein Molekül namens Messenger-RNA (mRNA) kopiert, das als Anleitung für die Herstellung von Proteinen dient. Die Anweisungen in der mRNA sind in Dreiergruppen zusammengefasst, die als Nukleotid-Tripletts oder Codons bezeichnet werden. Jedes Codon entspricht einem bestimmten Element (Aminosäure) des Proteins.
Phase 2: Einleitung der DNA-Übersetzung
Einer der Hauptakteure bei der Übersetzung ist das Ribosom, das für das Lesen der mRNA und den Zusammenbau der Aminosäuren in der richtigen Reihenfolge zur Bildung eines Proteins verantwortlich ist.
Um den Übersetzungsprozess in Gang zu setzen, müssen alle "Teile" des Ribosoms zusammengefügt werden. Das Ribosom besteht aus zwei Untereinheiten. Die kleine Untereinheit heftet sich an das 5'-Ende der mRNA und bewegt sich auf das Startcodon (AUG) zu. Dieses Codon markiert den Beginn des Proteins und dient als Hinweis darauf, welcher Teil der DNA einem neuen Protein entspricht.
Um die verschiedenen Aminosäuren in die Proteinkette einzubauen, ist die Beteiligung der Transfer-RNA (tRNA) erforderlich, die als Adapter zwischen der mRNA und der sich bildenden Aminosäurekette fungiert. Ihre Aufgabe ist es, die entsprechende Aminosäure an die zu synthetisierende Proteinkette zu binden.
Sobald die tRNA, die die erste Aminosäure des Proteins (Methionin) trägt, an das Startcodon bindet, wird die Hauptuntereinheit des Ribosoms eingebaut. An diesem Punkt wird das funktionale Ribosom gebildet, das für die Durchführung der Übersetzung verantwortlich ist.
Phase 3: Verlängerung der DNA-Translation
Sobald die Translation eingeleitet ist, bewegt sich das Ribosom entlang der mRNA, um das entsprechende Protein zu synthetisieren. Während der Elongationsphase wird die Polypeptidkette dank der koordinierten Aktion des funktionellen Ribosoms und der tRNA nach und nach durch die verschiedenen Stellen des Ribosoms verlängert. Dieser Prozess folgt einem sich wiederholenden Zyklus:
- Eine neue tRNA gelangt in die Seite A des Ribosoms, wo ihr Anticodon mit dem entsprechenden Codon der mRNA gepaart wird und eine neue Aminosäure einführt.
- Zwischen der neu eingebauten Aminosäure und der Polypeptidkette an der P-Stelle wird eine Peptidbindung gebildet.
- Die tRNA, die nun keine Aminosäuren mehr enthält, gelangt zur E-Stelle und wird vom Ribosom freigegeben.
Bei jedem Zyklus bewegt sich das Ribosom auf der mRNA um eine Position nach oben, so dass die tRNA in der P-Stelle zur E-Stelle wandern und freigesetzt werden kann, während die tRNA in der A-Stelle zur P-Stelle wandert. Dieser Mechanismus wird Codon für Codon wiederholt, wobei bei jedem Schritt eine Aminosäure eingebaut wird, bis ein Stoppcodon oder Endcodon erreicht wird, das den Abschluss des Prozesses signalisiert.
Phase 4: Abschluss der DNA-Übersetzung
Wenn das Ribosom auf ein Stoppcodon (UAA, UAG oder UGA) trifft, gibt es keine entsprechende tRNA. Stattdessen bindet ein Freisetzungsprotein an die A-Stelle und löst die Freisetzung der Peptidkette aus.
Das Protein faltet sich in seine funktionelle Form und ist frei, seine Aufgabe im Organismus zu erfüllen. Auf der anderen Seite wird das Ribosom zerlegt und ist bereit für eine neue Runde.
