DNA-Aufbau und Struktur: Grundlagen der Molekularbiologie

Die DNA (Desoxyribonukleinsäure) ist der fundamentale Träger der Erbinformation in allen Lebewesen. In Eukaryoten befindet sich die DNA fadenförmig im Zellkern, während sie bei Prokaryoten ringförmig im Cytoplasma vorliegt. Der molekulare Aufbau der DNA basiert auf Nukleotiden als Grundbausteinen, die aus drei wesentlichen Komponenten bestehen.

Definition: Die DNA-Struktur basiert auf dem Phosphat-Desoxyribose-Rückgrat und den vier Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.

Die chemische Struktur der DNA wird durch das Phosphat-Desoxyribose-Rückgrat bestimmt. Die Desoxyribose, ein C5-Zucker, kann an drei spezifischen Kohlenstoffatomen (C1, C3, C5) Bindungen mit anderen Molekülen eingehen. Die Phosphatgruppe verbindet dabei die Zuckermoleküle über die C3- und C5-Positionen und bildet so das Rückgrat des DNA-Strangs.

Die vier organischen Basen teilen sich in zwei Gruppen: Die Purinbasen Adenin und Guanin besitzen einen Doppelring, während die Pyrimidinbasen Thymin und Cytosin einen Einzelring aufweisen. Diese Basen sind essentiell für die Informationsspeicherung und die charakteristische Doppelhelixstruktur der DNA.

Translation und Proteinaufbau

Die Translation ist der finale Schritt der Proteinbiosynthese und findet an den Ribosomen im Cytoplasma statt. Zentrale Komponenten sind die tRNA-Moleküle und die Ribosomen.

Die tRNA hat eine charakteristische Kleeblattstruktur und trägt an einem Ende die Aminosäure und am anderen das Anticodon. tRNA-Synthetasen sorgen für die korrekte Beladung der tRNA mit der passenden Aminosäure.

Beispiel: Die Ribosomen besitzen drei wichtige Bindungsstellen für tRNA:

• A-Stelle für die ankommende Aminoacyl-tRNA
• P-Stelle für die wachsende Peptidkette
• E-Stelle für den Austritt der entladenen tRNA

Die Initiationsphase der Translation beginnt mit der Bindung der mRNA an die kleine ribosomale Untereinheit und der Erkennung des Startcodons durch die Initiator-tRNA.

Die Proteinbiosynthese: Elongation und Termination

Die DNA-Replikation und Proteinbiosynthese sind fundamentale zelluläre Prozesse, die für das Leben essentiell sind. Die Elongationsphase der Translation ist ein komplexer Vorgang, bei dem Aminosäuren schrittweise zu einer Polypeptidkette verknüpft werden. Dieser Prozess findet am Ribosom statt, wobei die Transfer-RNA (tRNA) eine zentrale Rolle spielt.

Definition: Die Elongationsphase ist der Hauptabschnitt der Proteinsynthese, in dem die Aminosäurenkette durch sukzessive Verknüpfung einzelner Aminosäuren wächst.

Während der Elongation bewegt sich das Ribosom entlang der messenger-RNA (mRNA), wobei die Start-tRNA zunächst die P-Stelle besetzt. An der A-Stelle dockt eine neue, mit einer Aminosäure beladene tRNA an. Die Peptidyltransferase, ein Enzym im Ribosom, katalysiert die Bildung der Peptidbindung zwischen den Aminosäuren. Dieser Prozess wiederholt sich, bis ein Stoppcodon erreicht wird.

Die Terminationsphase wird durch spezielle Stoppcodons (UAA, UAG, UGA) eingeleitet. Da keine tRNA diese Codons erkennt, bindet stattdessen ein Protein Release Factor an die A-Stelle des Ribosoms. Dieser Factor bewirkt die Freisetzung der fertigen Polypeptidkette. Bei Eukaryoten erfolgt anschließend eine posttranslationale Modifikation, bei der das Polypeptid durch verschiedene biochemische Prozesse in seine endgültige, funktionsfähige Form gebracht wird.

Highlight: Die posttranslationale Modifikation ist ein entscheidender Schritt bei Eukaryoten, der die Funktionalität des Proteins sicherstellt. Dabei können Aminosäuren abgespalten oder Zuckermoleküle angefügt werden.