tRNA-Moleküle
Was ist ein Adapter?
Zur Einführung in dieses Thema zunächst ein kleines Beispiel aus dem Alltag. Was macht man, wenn der Laptop, den man sich gekauft hat, nur einen Mini-DVI-Ausgang hat und der Beamer, den man anschließen möchte, nur einen VGA-Eingang hat?
1 Ein Adapter
Genau, man kauft sich einen entsprechenden Adapter. Solch ein Adapter hat auf der einen Seite einen Stecker, der in den Mini-DVI-Ausgang des Notebooks passt, und auf der anderen eine Buchse, in die das VGA-Kabel des Beamers oder des externen Monitors passt.
Genau so muss man sich auch die Rolle der tRNA-Moleküle (tRNAs) vorstellen. Ein tRNA-Molekül vermittelt zwischen einer Aminosäure und der mRNA.
Eine mögliche Geschichte der Erforschung der Translation
Ich vermute mal, dass in den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts einige Wissenschaftler dachten, dass sich die Aminosäuren direkt an die entsprechenden Stellen der DNA legen (Schlüssel-Schloss-Prinzip). Dort würden sie dann von Enzymen zu einem Peptid zusammengefügt.
Falls tatsächlich einige Forscher diese Hypothese vertraten, werden sie spätestens nach der Entdeckung der Transkription das dumme Gefühl gehabt haben, dass diese Idee doch wohl nicht so gut war.
Aber vielleicht kamen dann ja einige Forscher auf die Idee, dass sich die Aminosäuren direkt mit der mRNA paaren und dann von den Ribosomen zu einem Peptid zusammengefügt werden. Diese Idee wäre aber genau so falsch gewesen wie die erste. Man muss sich das mal vor Augen führen: Ein Codon auf der mRNA besteht aus drei Basen. Das sind drei recht große Moleküle. Die einfachste Aminosäure (Glycin) dagegen besteht nur aus einem kleinen Methan-Molekül, dass auf der einen Seite mit einer Aminogruppe und auf der anderen Seite mit einer Carboxylgruppe verbunden ist. Die anderen 19 Aminosäuren sind auch nicht viel größer als Glycin. Wie soll eine so kleine Aminosäure sich nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an ein Riesengebilde aus drei Nucleotiden setzen können? Das passt einfach nicht zusammen.
Struktur der tRNA
Die tRNA-Moleküle sind von ihrer Struktur und Größe her so beschaffen, dass sie in die A- und P-Stelle eines Ribosoms hineinpassen. Andererseits haben sie eine Stelle, an die die kleine Aminosäuren angelagert werden kann.
2 Ein tRNA-Molekül, gezeichnet von Vanessa Isotow, Stufe 13 (2006)
In Wirklichkeit ist eine tRNA ein ziemlich kompliziertes räumliches Gebilde, die räumliche Tertiärstruktur kann man sich ganz leicht und legal klar machen, wenn man mal das Suchwort "tRNA" in die Google-Bildersuche eingibt. Ein sehr schönes Bild der dreidimensionalen Struktur findet sich zum Beispiel in der deutschen Wikipedia unter http://de.wikipedia.org/wiki/tRNA.
Die tRNA ist ein recht kurzes RNA-Molekül; meistens bestehen tRNA-Moleküle aus 73-95 Nucleotiden. Durch intramolekulare Basenpaarungen entstehen in der tRNA drei Haarnadel-Schleifen.
Ganz unten sehen wir in Rot gezeichnet die Anticodon-Schleife. Das eigentliche Anticodon besteht aus drei Nucleotiden. Mit dieser Anticodon-Schleife setzt sich die tRNA in der A-Stelle des Ribosoms an das passende Codon der mRNA.
Eine wichtige Rolle bei der Anlagerung der tRNA an die Aminoacyl-tRNA-Synthetase spielt die D-Schleife.
Die T-Schleife dagegen ist für die Einlagerung der tRNA in das Ribosom wichtig.
Einige tRNA-Moleküle besitzen noch eine vierte Schleife, die V-Schleife. Diese Schleife kann in ihrer Form und Größe sehr variabel sein. Die Bedeutung dieser V-Schleife ist noch nicht geklärt.
Eine sehr wichtige Rolle spielt schließlich noch die Aminosäure-Bindungsstelle der tRNA; hier wird die zu transportierende Aminosäuren chemisch gebunden.
Die Beladung der tRNAs
Kommen wir jetzt zu einem Schlüsselprozess bei der Translation, nämlich zur Beladung der tRNAs mit den passenden Aminosäuren. So etwas geht nicht von allein, sondern wird durch Enzyme geregelt. Und zwar gibt es für jede der 20 Aminosäuren der Zelle ein eigenes Enzym, das diese Aminosäuren mit der passenden tRNA zusammenbringt. Diese Enzyme haben die komplizierte Bezeichnung Aminoacyl-tRNA-Synthetasen, weil sie Aminosäuren und tRNA zusammenbringen.
Eine solche Aminoacyl-tRNA-Synthetase hat zwei Bindungsstellen. Eine kleine für die Aminosäure, und eine große für das tRNA-Molekül. Bei den Aminosäuren sind die Enzyme hochspezifisch: Genau eine der 20 Aminosäuren passt in die Bindungsstelle hinein. Bei den tRNA-Molekülen sind die Enzyme nicht ganz so genau; bei einigen Aminoacyl-tRNA-Synthetasen können sich zwei, drei oder vier verschiedene tRNA-Moleküle in die Bindungsstelle setzen. Dies ist der Grund dafür, dass es für manche Aminosäuren mehrere verschiedene tRNAs mit unterschiedlichen Anticodons gibt. Meistens unterscheiden sich diese Anticodons aber nur in der letzten der drei Basen. Und das wiederum ist der Grund dafür, dass der genetische Code redundant ist, wie man sagt: Für ein- und dieselbe Aminosäuren gibt es zwei, drei, vier, manchmal sogar sechs verschiedene tRNAs mit unterschiedlichen (aber ähnlichen) Anticodons - und daher gibt es auch bis zu sechs Codons für bestimmte Aminosäuren. Denn ein Codon ist ja nichts anderes als das komplementäre Gegenstück zu einem Anticodon.
