KV: TranslationMichael Altmann

Herbstsemester 2008/2009

Institut für Biochemie und Molekulare Medizin

Übersicht VL Translation

1.) Genexpression

2.) Der genetische Code ist universell

3.) Punktmutationen und ihre Folgen

4.) Struktur einer tRNA

5.) Aminoacyl-tRNA-Synthetase

6.) Struktur der Ribosomen mit Peptidyltransferase-Zentrum

6.) Initiation der Translation : Prokaryoten vs Eukaryoten

7.) Am Startcodon werden euk. 80S Ribosomen assembliert

8.) Die 3 Einzelschritte der Elongation

9.) Polyribosomen

10.) Die Termination der Proteinsynthese

11.) Wichtige Begriffe

Gen-Expression

Der genetische Code ist universell

Punktmutationen und ihre Folgen

3D-Struktur einer tRNA

Wichtige Elemente der tRNA:• Anticodon• CCA-3‘OH-Ende

Aminoacyl-tRNA-Synthetase

Energiebilanz:2 energiereiche Bindungen (ATP-> AMP + 2Pi) werden pro beladene Aminosäure gebraucht

Struktur des Ribosoms

80S-Ribosom (eukaryotisch)• MG: 4‘200 000• 4 rRNAs (5S, 5.8S, 28S, 18S)• ca 85 Proteine (40% des Gewichtes)

70S-Ribosom (prokaryotisch)• MG: 2‘500 000• 3 rRNAs (5S, 23S, 16S)• ca 55 Proteine (34% des Gewichtes)

S = Sedimentationskoeffizient im Zentrifugalfeld (nicht additiv!)

• grau dargestellt = rRNA; gold dargestellt = einige ribosomale Proteine-> Die Peptidyltransferase-Aktivität befindet sich auf der rRNA!

Peptidyltransferase-Zentrum (grün)

Modell der prokaryotischen 50S ribosomalen Untereinheit

Quelle:„The complete atomic structure of the large ribosomal subunit at 2.4 Å resolution“Nenad Ban et al. (2000) Science 289, 905-920

tRNA-Bindungstellen am Ribosom

• Die tRNA-Bindungsstellen befinden sichim Kanal zwischen den UntereinheitenA = Aminoacyl-tRNA-BindungsstelleP = Peptidyl-tRNA-BindungsstelleE = Exit-Site der entladenen tRNA

• Das Prinzip der Kolinearität:Die mRNA wird in 5‘-3‘-Richtungabgelesen;Die Proteinsynthese findet immer vomAmino- zum Carboxyterminus statt

Eukaryotische vs prokaryotische mRNAs

Initiation der Translation : Prokaryoten vs Eukaryoten

• Bei Eukaryoten bindet die kleineribosomale Untereinheit an die 5‘-capStruktur und wandert entlang der mRNAbis zum Startcodon

• Bei Prokaryoten bindet die kleineribosomale Untereinheit direkt in derNähe des Startcodons aufgrund derKomplementarität zwischen einemAbschnitt auf der mRNA (abgekürzt S-DSequenz) und einem Abschnitt auf derribosomalen RNA

Am Startcodon werden die Ribosomen assembliert

Elongation

Die 3 Einzelschritte der Elongation bei der Proteinsynthese

Energiebilanz:Schritte 1 und 3 verbrauchen 1 GTP (->GDP), zusätzlich zum ATP-Verbrauch bei der tRNA Beladungwerden also 2 weitere energiereiche Bindungen pro Peptidbindung gebraucht

2. Knüpfung der Peptidbindung an der A-site (Peptidyltransferasekatalysiert)

3. Translocation der Peptidyl-tRNA von A- zur P-site undBewegung der unbeladenen tRNA zur E-site

1. Bindung der beladenen tRNA an A-site aufgrund der Codon-Anticodon-Wechselwirkung (Ausnahme: Initiator met-tRNA bindetan P-site)

Polyribosomen: mehrere Ribosomen decodieren simultan die mRNA

Decodierung der Globin mRNA durch Reticulocyten-Ribosomen

Die Termination der Proteinsynthese

Wichtige BegriffeReplikationOrigin of replication Erkannt von der DNA-abhängigen DNA-Polymerase.

E. coli: 1 OriginEukaryoten: viele Origins

TranskriptionGene E. coli: Einige Gene als Operons organisiert, keine Introns.

Eukaryoten: keine Operons, Gene mit Introns.

Promoter Erkannt von der DNA-abhängigen RNA-Polymerase.E. coli: 1 Polymerase; TATA-Sequenz im Promoter = Pribnov-Box.Operator: Protein-Bindungsstelle(n) im Promoterbereich.Transkript: mRNAEukaryoten: 3 Polymerasen; TATA-Sequenz im Promoter = Hogness-Box. Promoteraktivität durch Enhancer/Silencer- oder / und UAS(Upstream Activating)-Sequenzen moduliert. Transkript: hnRNA=prä-mRNA.

TranslationmRNA Signale auf mRNA werden von Ribosomen erkannt;

Start für Protein: AUG; Stop für Protein: UAA, UAG, UGA.E. coli: einige mRNAs sind polycistronisch; die Ribosomen-Bindungsstelle heisst „Shine-Delgarno-Sequenz“ (S/D).Eukaryoten: mRNAs sind monocistronisch, capped und polyadenyliert.Ribosomenbindungsstelle: am 5‘(cap)-Ende.