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.

Aktualisiert: 18.04.2023

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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Zentrales Dogma und genetischer Code

Definition

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

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

Transkription Nukleinsäuren

Struktur von RNA und DNA

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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:
  • 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.

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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.

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

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

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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

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.

Zusammenbau eines Ribosoms

Zusammenlagerung eines Ribosoms
fMet: Formylmethionin

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Elongation und Termination der Translation

Elongation der Translation

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

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Bildung von Peptidbindungen

Bildung einer Peptidbindung zwischen 2 Aminosäuren

Bildung einer Peptidbindung zwischen zwei Aminosäuren

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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

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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.

RNA-Interferenz über das RISC und eine miRNA

RNA-Interferenz über das RISC und eine miRNA

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Alternatives Spleißen

Alternatives Spleißen

Alternatives Spleißen:
Durch alternatives Spleißen können verschiedene Proteine aus derselben mRNA hergestellt werden.

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RNA-Editing

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

  1. 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
  2. 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
  3. Cooper, G. Hausman, R. (2013). The Cell: a molecular approach. Sunderland, MA: Sinauer Associates.
  4. 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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eLearning Award 2023

Lecturio und die Exporo-Gruppe wurden für ihre digitale Compliance-Akademie mit dem eLearning Award 2023 ausgezeichnet.

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Comenius-Award 2019

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Die Lecturio Business Flat erhielt 2019 das Comenius-EduMedia-Siegel, mit dem die Gesellschaft für Pädagogik, Information und Medien jährlich pädagogisch,  inhaltlich und gestalterisch
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Simon Veiser

Simon Veiser beschäftigt sich seit 2010 nicht nur theoretisch mit IT Service Management und ITIL, sondern auch als leidenschaftlicher Berater und Trainer. In unterschiedlichsten Projekten definierte, implementierte und optimierte er erfolgreiche IT Service Management Systeme. Dabei unterstützte er das organisatorische Change Management als zentralen Erfolgsfaktor in IT-Projekten. Simon Veiser ist ausgebildeter Trainer (CompTIA CTT+) und absolvierte die Zertifizierungen zum ITIL v3 Expert und ITIL 4 Managing Professional.

Dr. Frank Stummer

Dr. Frank Stummer ist Gründer und CEO der Digital Forensics GmbH und seit vielen Jahren insbesondere im Bereich der forensischen Netzwerkverkehrsanalyse tätig. Er ist Mitgründer mehrerer Unternehmen im Hochtechnologiebereich, u.a. der ipoque GmbH und der Adyton Systems AG, die beide von einem Konzern akquiriert wurden, sowie der Rhebo GmbH, einem Unternehmen für IT-Sicherheit und Netzwerküberwachung im Bereich Industrie 4.0 und IoT. Zuvor arbeitete er als Unternehmensberater für internationale Großkonzerne. Frank Stummer studierte Betriebswirtschaft an der TU Bergakademie Freiberg und promovierte am Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe.

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Sobair Barak hat einen Masterabschluss in Wirtschaftsingenieurwesen absolviert und hat sich anschließend an der Harvard Business School weitergebildet. Heute ist er in einer Management-Position tätig und hat bereits diverse berufliche Auszeichnungen erhalten. Es ist seine persönliche Mission, in seinen Kursen besonders praxisrelevantes Wissen zu vermitteln, welches im täglichen Arbeits- und Geschäftsalltag von Nutzen ist.

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Wolfgang A. Erharter ist Managementtrainer, Organisationsberater, Musiker und Buchautor. Er begleitet seit über 15 Jahren Unternehmen, Führungskräfte und Start-ups. Daneben hält er Vorträge auf Kongressen und Vorlesungen in MBA-Programmen. 2012 ist sein Buch „Kreativität gibt es nicht“ erschienen, in dem er mit gängigen Mythen aufräumt und seine „Logik des Schaffens“ darlegt. Seine Vorträge gestaltet er musikalisch mit seiner Geige.

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Holger Wöltje ist Diplom-Ingenieur (BA) für Informationstechnik und mehrfacher Bestseller-Autor. Seit 1996 hat er über 15.800 Anwendern in Seminaren und Work-shops geholfen, die moderne Technik produktiver einzusetzen. Seit 2001 ist Holger Wöltje selbstständiger Berater und Vortragsredner. Er unterstützt die Mitarbeiter von mittelständischen Firmen und Fortune-Global-500- sowie DAX-30-Unternehmen dabei, ihren Arbeitsstil zu optimieren und zeigt Outlook-, OneNote- und SharePoint-Nutzern, wie sie ihre Termine, Aufgaben und E-Mails in den Griff bekommen, alle wichtigen Infos immer elektronisch parat haben, im Team effektiv zusammenarbeiten, mit moderner Technik produktiver arbeiten und mehr Zeit für das Wesentliche gewinnen.

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Frank Eilers ist Keynote Speaker zu den Zukunftsthemen Digitale Transformation, Künstliche Intelligenz und die Zukunft der Arbeit. Er betreibt seit mehreren Jahren den Podcast „Arbeitsphilosophen“ und übersetzt komplexe Zukunftsthemen für ein breites Publikum. Als ehemaliger Stand-up Comedian bringt Eilers eine ordentliche Portion Humor und Lockerheit mit. 2017 wurde er für seine Arbeit mit dem Coaching Award ausgezeichnet.

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Yasmin Kardi ist zertifizierter Scrum Master, Product Owner und Agile Coach und berät neben ihrer Rolle als Product Owner Teams und das höhere Management zu den Themen agile Methoden, Design Thinking, OKR, Scrum, hybrides Projektmanagement und Change Management.. Zu ihrer Kernkompetenz gehört es u.a. internationale Projekte auszusteuern, die sich vor allem auf Produkt-, Business Model Innovation und dem Aufbau von Sales-Strategien fokussieren.

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Als akkreditierter Trainer für PRINCE2® und weitere international anerkannte Methoden im Projekt- und Portfoliomanagement gibt Andreas Ellenberger seit Jahren sein Methodenwissen mit viel Bezug zur praktischen Umsetzung weiter. In seinen Präsenztrainings geht er konkret auf die Situation der Teilnehmer ein und erarbeitet gemeinsam Lösungsansätze für die eigene Praxis auf Basis der Theorie, um Nachhaltigkeit zu erreichen. Da ihm dies am Herzen liegt, steht er für Telefoncoachings und Prüfungen einzelner Unterlagen bzgl. der Anwendung gern zur Verfügung.

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Alexander Plath ist seit über 30 Jahren im Verkauf und Vertrieb aktiv und hat in dieser Zeit alle Stationen vom Verkäufer bis zum Direktor Vertrieb Ausland und Mediensprecher eines multinationalen Unternehmens durchlaufen. Seit mehr als 20 Jahren coacht er Führungskräfte und Verkäufer*innen und ist ein gefragter Trainer und Referent im In- und Ausland, der vor allem mit hoher Praxisnähe, Humor und Begeisterung überzeugt.

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