Translation: Definition und Ablauf

Die Translation ist ein wichtiger Prozess in der Zelle, durch den genetische Information in funktionelle Proteine umgewandelt wird. Sie stellt einen entscheidenden Schritt der Genexpression dar und ermöglicht die Synthese von Proteinen auf Basis der in der DNA codierten Information. Die Translation erfolgt in mehreren Schritten und unter Beteiligung zahlreicher Moleküle, die präzise miteinander interagieren, um eine korrekte Proteinbiosynthese sicherzustellen. Sie findet sowohl in Prokaryoten als auch in Eukaryoten statt, wobei sich der Ablauf in einigen Details unterscheidet. Die Translation ist von essenzieller Bedeutung für das Wachstum, die Entwicklung und die Funktion von Organismen. Fehler in diesem Prozess können schwerwiegende Konsequenzen haben und mit verschiedenen Erkrankungen in Verbindung stehen. Wie die Translation genau abläuft, wie die Regulation erfolgt und was für eine Bedeutung sie für die Medizin und Biologie hat, behandelt dieser Artikel.

Translation – Definition

Die Translation ist der biologische Prozess, bei dem die in der Messenger-RNA (mRNA) gespeicherte genetische Information in eine Abfolge von Aminosäuren umgesetzt wird, wodurch ein spezifisches Protein entsteht. Sie findet an den Ribosomen statt, die als molekulare Maschinen fungieren und für die korrekte Verknüpfung der Aminosäuren zu einer Polypeptidkette sorgen. Die genetische Information wird dabei in Form von Codons, also Basentripletts auf der mRNA, gelesen. Jedes dieser Tripletts codiert für eine bestimmte Aminosäure, die mit Hilfe der Transfer-RNA (tRNA) an den entstehenden Proteinfaden angebaut wird. Der Prozess der Translation folgt strikt den Vorgaben des genetischen Codes, was die Erhaltung der korrekten Struktur und Funktion der Proteine sicherstellt.

Translation – Beteiligte Moleküle

Die Translation erfordert eine Vielzahl von Molekülen, die präzise zusammenarbeiten, um eine effiziente und fehlerfreie Proteinsynthese zu ermöglichen. Die mRNA dient als Vorlage für die Aminosäuresequenz des Proteins, denn sie enthält die genetische Information in Form von Codons, die der genetische Code entschlüsselt. Die tRNA ist ein Adaptermolekül, das spezifische Aminosäuren zu den Ribosomen transportiert. Sie besitzt eine kleeblattartige Struktur und enthält das Anticodon, das komplementär zu einem bestimmten Codon auf der mRNA ist. Das Ribosom ist die zentrale Maschinerie der Translation und besteht aus einer großen und einer kleinen Untereinheit. Es enthält ribosomale RNA (rRNA) und Proteine, die zusammenarbeiten, um die Peptidbindung zwischen den Aminosäuren zu katalysieren. Verschiedene Translationsfaktoren sind ebenfalls involviert und erleichtern die einzelnen Schritte der Translation. 

Translation – Ablauf

Die Translation kann in drei Hauptphasen unterteilt werden: Initiation, Elongation und Termination. Spezifische Faktoren regulieren jede dieser Phasen, die gleichzeitig das Zusammenspiel zahlreicher molekularer Komponenten erfordert.

Initiation

Die Initiation beginnt mit der Bindung der kleinen ribosomalen Untereinheit an die mRNA. In Prokaryoten erfolgt diese Erkennung durch eine spezifische Sequenz in der mRNA, die als Shine-Dalgarno-Sequenz bezeichnet wird. In Eukaryoten hingegen interagiert die kleine ribosomale Untereinheit mit der 5′-Cap-Struktur der mRNA. Anschließend bindet die Initiator-tRNA, die die Aminosäure Methionin trägt, an das Startcodon (meist AUG). Diesen Schritt unterstützen Initiationsfaktoren, die die korrekte Positionierung der tRNA sicherstellen. Sobald die große ribosomale Untereinheit gebunden ist, bildet sich ein vollständiges Ribosom, das bereit für die Verlängerung der Aminosäurekette ist.

Elongation

In der Elongationsphase werden Aminosäuren entsprechend der mRNA-Sequenz nacheinander verknüpft. Dieser Prozess beginnt mit der Bindung einer tRNA an die A-Stelle des Ribosoms. Diese tRNA trägt eine spezifische Aminosäure, deren Anticodon sich mit dem entsprechenden Codon auf der mRNA verbindet. Sobald die richtige tRNA gebunden ist, katalysiert das Ribosom die Bildung einer Peptidbindung zwischen der neu angelieferten Aminosäure und der wachsenden Polypeptidkette, die an der P-Stelle des Ribosoms gebunden ist. Danach bewegt sich die leere tRNA zur E-Stelle und verlässt das Ribosom, während das Ribosom entlang der mRNA in 5′-3′-Richtung weiterrückt. Dieser Zyklus wiederholt sich für jedes nachfolgende Codon, bis das vollständige Protein synthetisiert ist.

Termination

Die Termination tritt ein, wenn das Ribosom auf ein Stoppcodon trifft. Diese Stoppcodons (UAA, UAG oder UGA) kodieren für keine tRNA und signalisieren das Ende der Translation. Statt einer tRNA bindet ein Freisetzungsfaktor (Release Factor) an die A-Stelle des Ribosoms. Dies führt zur Abspaltung der Peptidkette von der letzten tRNA. Anschließend dissoziieren die Ribosomuntereinheiten, was die mRNA freisetzt, um möglicherweise erneut translatiert zu werden oder abgebaut zu werden.

Translation – Regulation

Die Regulation der Translation erfolgt auf mehreren Ebenen, um eine präzise Proteinproduktion zu gewährleisten. Eine wichtige Kontrollinstanz ist die Verfügbarkeit der mRNA, denn durch regulatorische Elemente in der mRNA kann die Effizienz der Translation beeinflusst werden. Auch die Aktivität von Initiationsfaktoren spielt eine zentrale Rolle, da sie die Bindung des Ribosoms an die mRNA steuern. In stressreichen oder ungünstigen Umweltbedingungen kann die Translation global herunterreguliert werden, um Energie zu sparen.

Translation – Bedeutung für Medizin und Biologie

Die Translation ist ein essenzieller Prozess für das Leben und hat weitreichende Implikationen in der Zellbiologie und Medizin. Sie ist für das Zellwachstum, die Differenzierung und die Erhaltung der Zellfunktionen unerlässlich. Störungen in der Translation können zu schwerwiegenden Krankheiten führen, darunter genetische Erkrankungen, Krebs und neurodegenerative Krankheiten. Mutationen in ribosomalen Proteinen oder Translationsfaktoren können beispielsweise zur Fehlregulation der Proteinsynthese beitragen. In der Medizin werden gezielt Wirkstoffe entwickelt, die in die Translation eingreifen können. Antibiotika wie Tetracycline oder Makrolide blockieren beispielsweise die bakterielle Proteinsynthese und dienen als effektive Mittel gegen bakterielle Infektionen. Auch in der Krebsforschung werden gezielt Translationsinhibitoren erforscht, um das Wachstum von Tumorzellen zu hemmen.