Was ist der Zusammenhang zwischen Nukleinsäure- und Proteinsynthese?
Die Synthese von Nukleinsäuren und Proteinen erfolgt über eine Reihe von Schritten, die in biologischen Zellen ablaufen. Die genetische Information eines lebenden Organismus, die in seiner Desoxyribonukleinsäure (DNA) kodiert ist, wird durch die Synthese von Proteinen exprimiert. Die Wechselwirkungen zwischen Nukleinsäure- und Proteinsynthese können in zwei Prozesse unterteilt werden: Transkription, bei der die Informationen in der DNA auf ein Ribonukleinsäure- (RNA-) Template transkribiert werden, und Translation, bei der das RNA-Template zur Bildung eines Proteins verwendet wird.
Ein DNA-Molekül besteht aus zwei langen Ketten von Untereinheiten, sogenannten Nukleotiden, die miteinander verbunden sind, um die charakteristische Doppelhelixform zu bilden. Jedes Nukleotid enthält eine molekulare Komponente, die als Nukleobase bekannt ist. Es gibt vier Typen: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). In der RNA wird Thymin durch Uracil (U) ersetzt. Die genetische Information des Organismus wird in sich wiederholenden Mustern dieser vier Basen gespeichert. Jede Nukleobase bildet ein Basenpaar mit einer komplementären Nukleobase auf dem gegenüberliegenden Strang - Adenin bindet an Thymin oder Uracil und Guanin bindet an Cytosin.
Während der Transkription, dem ersten Schritt bei der Verbindung von Nukleinsäure- und Proteinsynthese, spalten Enzyme die DNA in ihre beiden Bestandteile auf. Ein Molekül Messenger-RNA (mRNA) wird dann aus der exponierten DNA-Matrize zusammengesetzt. MRNA wird von Enzymen gebildet, die komplementäre Nukleobasen an jene in der DNA binden und eine Kopie der Information in einer Kette von Nukleotiden erzeugen. Diese Kette wird dann aus der DNA freigesetzt und bildet ein einzelsträngiges mRNA-Molekül.
Die Transkription findet im Zellkern statt, aber der nächste Schritt, die Translation, findet im Zytoplasma statt - speziell an der Stelle von Organellen, die als Ribosomen bekannt sind. MRNA bewegt sich zum Ribosom und wird in Sätzen von Drei-Nukleotid-Codons decodiert. Jedes Codon in mRNA entspricht einem komplementären Anticodon, das von einem Transfer-RNA- (tRNA-) Molekül getragen wird. Beispielsweise entspricht das mRNA-Codon mit Basen GAU dem tRNA-Anticodon CUA.
Jedes tRNA-Molekül besteht aus dem an eine bestimmte Aminosäure gebundenen Nukleotid-Triplett. Wenn tRNAs an den mRNA-Strang binden, verbinden sich die Aminosäuren, die sie tragen, und bilden eine Polypeptidkette. Schließlich wird die Translation beendet und die Polypeptidkette wird vervollständigt, wodurch ein Protein gebildet wird.
Transkription und Translation verbinden die Synthese von Nukleinsäuren und Proteinen auf vielfältige Weise. Die Information in mRNA steuert die Sequenz der Aminosäuren in der Polypeptidkette und bestimmt somit das gebildete Protein. MRNA wird aus der ursprünglichen DNA-Sequenz konstruiert. TRNA, eine andere Nukleinsäure, spielt ebenfalls eine wichtige Rolle beim Aufbau der Polypeptidkette. Auf diese Weise sind Nukleinsäure- und Proteinsynthese biologische Konzepte, die eng miteinander verbunden sind.