Abb. aus Stryer (5th Ed.)

+Spaltung

G QModifikation

+Spleissen

Editing U UUU

Posttranskriptionale RNA-Prozessierung

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Prozessierung einer prä-tRNA

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Eukaryotische messenger-RNA

• Cap-Nukleotid am 5’-Ende

• Polyadenylierung am 3’-Ende

• u.U. nicht-codierende Bereiche (Introns)

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Spleißen von prä-mRNA

Viele Protein-codierende Gene in Eukaryoten sind durch nicht-codierende Abschnitte (Introns) unterbrochen.

Beim Spleißen werden dieIntrons entfernt und diecodiernde Abschnitte (Exons)verknüpft.

Primär-Transkript (prä-mRNA)

Spleißen

TranskriptionAddition vom Cap und

Poly(A)-Schwanz

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

• Im Kern von eukaryotischen Zellen

• Spleißosom erkennt die Introns und katalysiert die Spleißreaktion

• Das Spleißosom besteht aus ca. 100 verschiedenen Proteinen und 5 snRNAs

Spleißen von prä-mRNA

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

• Die snRNAs und die meisten Proteine bilden stabile Ribonukleoprotein-Komplexe, die snRNPs (small nuclear ribonucleoprotein particle)

• Für jede Spleißreaktion muss das Spleißosom neu gebildet werden

Das Spleißosom

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

EXON 1

EXON 2

U5

U1

U2

U6U4

EXON 1 Py AG EXON 2GUAUGU UACUAAC

prepre--mRNAmRNA

EXON 2

35U2AF

U2AF65SF1/mBBP

SR

U1 snRNP

EXON 1

EXON 1

EXON 2

U2 snRNP

U1 snRNP

EXON 1

EXON 2

U2 snRNP

U1 snRNP

U4/U6.U5snRNP

EXON 1 EXON 2++

mRNAmRNA

IntronIntron--LariatLariat

Das Spleißosom

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Erkennung der 5’-Spleiß-Stelle durch das U1 snRNP

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Das Spleißen von prä-mRNA erfolgt in zwei Schritten

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Alternatives Spleißen erhöht die Zahl möglicher Proteinprodukte

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Selbst-spleißende Introns

Erstmals entdeckt für eine prä-rRNA in Tetrahymena

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Struktur einerselbst-spleißendenRNA

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Mechanismus des Spleißens in einerselbst-spleißendenRNA

1. Bindung einesGuanosin-Nukleosids

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Mechanismus des Spleißens in einerselbst-spleißendenRNA

2. Durch nukleophilen Angriffder 3’-OH des Guanosins wirddie Phosphodiester-Bindung an der 5’-Spleißstelle gespalten

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Mechanismus des Spleißens in einerselbst-spleißendenRNA

3. Die nun freie 3’-OH Gruppedes 5’-Exons kann die Phospho-diester-Bindung an der 3’-Spleißstelle nukleophil angreifen, spalten und somitdie beiden Exons verbinden

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

• Introns der Gruppe Iim Zellkern, sowie in den Mitochondrien und Chloroplastenverschiedener Eukaryoten (aber nicht in Wirbeltieren)

• Introns der Gruppe IIin den Mitochondrien und Chloroplasten von Pilzen und Pflanzen

Selbst-spleißende RNAs

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Vergleich der Spleiß-Mechanismen

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

RNA - Welt

• RNA kann komplizierte 3D-Strukturen ausbilden (RNA-Faltung) und spezifisch kleine Moleküle binden

• RNA besitzt katalytische Aktivität

→ RNAs waren die ursprünglichenKatalysatoren in der prä-zellulären Zeit

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Translation(Protein-Synthese)

Basen-Sequenzder mRNA

Aminosäure-Sequenzdes ProteinsAS1 AS2 AS3 AS4

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Genetische Code

• Basen-Triplett codiert für eine Aminosäure oder Stop

• 64 Codons60 für Aminosäuren3 für Stop1 Methionin-Codon ist immer das Start-Codon

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Für die Protein-Biosynthese werden die Aminosäuren an tRNAs gebunden

Die mRNA Codons werden durch komplementäre tRNA Anticodons erkannt

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Manche tRNAs erkennen mehr als ein Codon(Wobble-Basenpaarung)

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Bei der Protein-Biosynthese ist die wachsende Polypeptidkette immer an eine tRNA gebunden

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Struktur der tRNAs

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Aminoacyl-tRNA Synthetasen aktivieren Aminosäuren durch Bindung an tRNA

Aminosäure + tRNA + ATP

Aminoacyl-tRNA + AMP + PP

Aminoacyl-Adenylat + tRNA + PP

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Es gibt 20 verschiedene Aminoacyl-tRNA Synthetasen

Glutaminyl-tRNA-Synthetase

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Die meisten Aminoacyl-tRNA Synthetasen haben einen Korrekturlese-Mechanismus

(proofreading)

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Translation und Polypeptid-Synthesefinden am Ribosom statt.

Mehrere RibosomenKönnen gleichzeitigeine mRNA trans-latieren:POLYRIBOSOM bzw.POLYSOM

Abb. aus Stryer (5th Ed.)Figure 4-32

Ribosomen bestehen aus einer großen und einer kleinen Untereinheit

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Figure 4-20

Die Übersetzung des genetischen Codes

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Die drei Phasen der Translation

• InitiationErkennung des Start-Codons durch den Initiationskomplex

• Elongationpro Zyklus wird die wachsende Polypeptidkette um eine Aminosäure verlängert

• TerminationErkennung des Stop-Codons, Dissoziation des Komplexes

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Wo ist der Startpunkt für die Translation auf der mRNA ?

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

In Prokaryoten befindet sich vor dem Start-Codon eine konservierte Ribosomen-

Bindungstelle (Shine-Dalgarno Sequenz)

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

In Prokaryoten ist die Start-tRNA mit einem modifizierten Methionin beladen

N-Formyl-Methionin

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Bei der INITIATION bindetdie kleine Ribosomen-Untereinheit mit Hilfe vondrei Initiationsfaktoren und der fMet-tRNA an die mRNA.

Anschliessend bindet diegroße Untereinheit an denInitiationskomplex und bildetdas aktive Ribosom.

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Beim ersten Schritt der ELONGATION befindet sichdie tRNA mit der ersten Aminosäure bzw. die tRNA mitder Polypeptidkette in der P-Stelle.Die nächste Aminoacyl-tRNA bindet mit Hilfe vonElongationsfaktor-Tu (EF-Tu) in der A-Stelle, wobei einGTP verbraucht wird.

Es gibt 3 tRNA-Bindungstellen:P = Peptidyl-Stelle, A = Akzeptor-Stelle, E = Ausgang-Stelle

EF-TuGTP

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Beim zweiten Schritt der ELONGATION wird die Peptidbindung gebildet, wobei die Aminosäure von dertRNA in der P-Stelle auf die Aminoacyl-tRNA in derA-Stelle übertragen wird.

EP

A

P = Peptidyl-Stelle, A = Akzeptor-Stelle, E = Ausgang-Stelle

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Beim dritten Schritt der ELONGATION,der sog. Translokation, wandert das Ribosom ein Codon auf der mRNA weiter,wobei die tRNA von der P-Stelle inDie E-Stelle, und die Aminoacyl-tRNAVon der A-Stelle in die P-Stelle Verschoben wird.

Die Translokation erfordet Energie,die der Elongationsfaktor G durchSpaltung von GTP bereit stellt.

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Im letzten Schritt der ELONGATION verläßt dietRNA die E-Stelle und das Ribosom kann dienächste Aminoacyl-tRNA aufnehmen.

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

EF-TuGTP

Pro ELONGATION-Zyklus werden 2 GTP zu GDP hydrolisiert

EF-TuGDP

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Die EF-G Struktur ähnelt dem EF-Tu – tRNA Komplex

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Mechanismus der Translokation

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Termination

Es gibt keine komplementäre tRNAs zu den Stop Codons (UAA, UGA, UAG).

Erreicht das Ribosom ein Stop Codon binden mehrere Release Faktoren (RF), das Ribosom dissoziert und das neu-synthetisierte Protein wird nach Abspaltung von der tRNA freigesetzt.

Bei der Termination wird ein GTP zu GDP hydrolisiert.

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Elektronenmikroskopie zeigte die Existenzder A-, P- und E- tRNA-Bindungsstellen

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Die verschiedenen Ribosomen-Komplexekönnen im Elektronenmikroskop beobachtet werden

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Durch Röntgenkristallographie wurden die Strukturen der großen und kleinen Untereinheit

als atomare Modelle bestimmt

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Die Faltung der 16S rRNAim Ribosom

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Die tRNA Bindungstellen in der Kristallstruktur

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Das katalytische Zentrum des Ribosom bestehtnur aus RNA !