Genetik

mRNA

Was ist die mRNA und welche Funktion hat sie? Hier erfährst du alles zum Bau und den Aufgaben dieser besonderen RNA.

Du möchtest noch einfacher lernen? Dann schau dir am besten unser Video zur mRNA an! %Videoverweis

Inhaltsübersicht

mRNA einfach erklärt

Unter einer mRNA verstehst du eine spezielle Form der RNA%Verweis. Sie wird bei der Proteinbiosynthese während der Transkription hergestellt und ist eine Kopie der DNA%Verweis. Da die mRNA nun die Erbinformation der DNA enthält, muss die DNA nicht transportiert werden und wird dadurch nicht beschädigt.

Die Transkription findet bei den Prokaryoten im Cytoplasma an der DNA und bei den Eukaryoten im Zellkern statt. Weil die darauffolgende Translation , also die Übersetzung von mRNA in Proteine, im Cytoplasma an den Ribosomen der Zelle stattfindet, muss die mRNA bei den Eukaryoten noch aus dem Zellkern transportiert werden.

Auf diesem Weg durch die engen Kernporen kann die mRNA beschädigt werden. Deshalb wird die mRNA während der RNA-Prozessierung noch bearbeitet und erhält Schutzmechanismen. Nun kann die mRNA den Ribosomen alle wichtigen Information für die Proteinherstellung als „Bote“ überbringen.

Zusammengesetzt ist die mRNA aus vielen Nukleotiden%Verweis. Diese wiederum sind aus einem Phosphatrest, einem Zuckermolekül und einer organischen (kohlenstoffhaltigen) Base aufgebaut.

Die Definition der mRNA sieht so aus:

mRNA Definition

Die mRNA (engl. messenger-RNA= Boten-RNA) ist eine RNA, die aus der DNA hergestellt wird. Sie enthält den Bauplan für die Proteine, die während der Proteinbiosynthese produziert werden.

mRNA Aufbau

%<img class="n3VNCb" src="https://oe1.orf.at/static/uimg/57/6b/576b39d0756ab84384b46f803cafa7770dc41e11.jpg" alt="Ribonukleinsäure - RNA || Med-koM" width="402" height="242" data-iml="82316" />Beschreibung: Aufbau der mRNA. Alt-Text: Basen, Ribose, Phosphatrest, Einzelstrang

Der Grundbaustein der mRNA ist das Nukleotid. Die Ribosemoleküle und die Phosphatreste bilden das Rückgrat der mRNA. Schauen wir uns zunächst die drei Bestandteile genauer an.

Bestandteile

Die mRNA besteht aus den organischen Basen, einem Zucker und einem Phosphatrest.

Organische Basen

Du kannst bei der mRNA vier verschiedene organische Basen unterscheiden. Das sind Adenin, Cytosin, Guanin und Uracil. Diese können in die Stoffgruppen der Purine und der Pyrimidine eingeteilt werden. Die Einteilung erfolgt nach dem Aufbau der Basen.

Purine bestehen aus zwei Kohlenstoffringen, die mehrere Stickstoffatome enthalten. Dazu zählen die Basen Adenin und Guanin. Pyrimidine dagegen bestehen nur aus einem Kohlenstoffring, der ebenfalls mehrere Stickstoffatome enthält. Solche Pyrimidine sind Cytosin und Uracil.

Viele solcher Basen liegen aneinander, wobei immer mehrere Basen ein Gen angeben. Unter einem Gen verstehst du den Bauplan für ein Protein. Ein Gen kann aus mehreren Hundert Basen-Tripletts bestehen.

%<img class="n3VNCb" src="https://www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/bio/gif/nucleobasen.gif" alt="Nucleobasen" width="288" height="372" data-iml="34382" />Beschreibung: Bau der organischen Basen. Alt-Text: Pyrimidine, Purine, Base, Adenin, Cytosin, Guanin, Uracil, RNA, mRNA

Zucker

Bei dem Zucker in der mRNA handelt es sich um die Ribose. Diese ist ein Fünffachzucker. Das bedeutet, dass die Ribose aus fünf Kohlenstoffatomen besteht. (Zum Vergleich: Die Glucose, die du mit der Nahrung aufnimmst, besteht aus sechs Kohlenstoffatomen.)  Diese Atome sind in einem Ring angeordnet.

%<img class="n3VNCb" src="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c9/Beta-D-Ribopyranose.svg/110px-Beta-D-Ribopyranose.svg.png" alt="Ribose - Wikipedia" width="145" height="124" data-iml="92090" />Beschreibung: Bau der Ribose. Alt-Text: Ribose, RNA, Zucker, Fünffachzucker

Phosphatrest

Der dritte wichtige Bestandteil ist der Phosphatrest HPO42-. Phosphatreste entstehen, wenn Phosphorsäure (H3PO4) in wässriger Umgebung seine Wasserstoffprotonen H+ abgibt. Die Zelle stellt eine solche wässrige Umgebung dar.

%<img class="n3VNCb" src="https://www.schullv.de/resources/images/chemie/desktop/strukturformel_phosphorsaeure.png" alt="SchulLV - Dein digitales Lernverzeichnis" width="549" height="174" data-iml="4347" />Beschreibung: Phosphorsäure spaltet sich und es entsteht ein Phosphatrest. Alt-Text: RNA, DNA

Bindungen

Eine Base und die Ribose sind durch eine N-glykosidische Bindung verbunden. Dabei handelt es sich um eine Bindung zwischen einer Hydroxylgruppe (OH) der Ribose und einer Aminogruppe (NH2) der Base. Eine Base und die Ribose bilden zusammen einen Nukleosid.

An dieses Nukleosid ist ein Phosphatrest gebunden. Diese Bindung zwischen einem Kohlenstoffatom (C) der Ribose und einem Sauerstoffatom (O) des Phosphatrestes nennt man Esterbindung. Ein Nukleosid und ein Phosphatrest bilden gemeinsam ein Nukleotid.

%<img class="n3VNCb" src="https://viamedici.thieme.de/api/images/l/b/r/i/e/f/bioch_023400_steckbrief.png?15882562178490000" alt="Nucleotide: Aufbau und Funktionen - via medici: leichter lernen - mehr  verstehen" width="420" height="166" data-iml="6417" />Beschreibung: Aufbau eines Nukleotids. Alt-Text: Zucker, Ribose, Phosphatrest, Phosphor, Base, RNA, DNA, Nukleosid, Nukleotid

So liegt die Ribose also zwischen dem Phosphatrest und der Base. An ihrem dritten Kohlenstoffatom befindet sich eine OH-Gruppe und am fünften Kohlenstoffatom der Phosphatrest. Diese beiden Kohlenstoffatome liegen an entgegengesetzten Seiten der Ribose. Sie geben die Richtung der RNA an.

In der Richtung, in der das fünfte Kohlenstoffatom, beziehungsweise der Phosphatrest, liegt, befindet sich das 5‚ Ende und in der Richtung des dritten Kohlenstoffatoms, beziehungsweise der OH-Gruppe, das 3′ Ende. Diese Richtungen solltest du dir merken, da sie bei sehr vielen Prozessen in der Zelle, wie zum Beispiel der Proteinherstellung oder der Verdopplung der RNA und DNA, eine wichtige Rolle spielen.

%<img class="n3VNCb" src="https://www.christian-schweda.de/wp-content/uploads/2019/01/DNA-Einzelstrang-Biologie-Passion-Podcast-591x1024.jpg" alt="Folge 030 - Aufbau der DNA / DNS | Genetik Teil 2" width="283" height="491" data-iml="527546" />Beschreibung: 3' Ende und 5' Ende der mRNA. Alt-Text: RNA, DNA, Richtungsangabe, Orientierung RNA, Einzelstrang, Phosphatgruppe, OH-Gruppe

Die Nukleotide bilden einen langen Strang, den sogenannten Einzelstrang. Eine lange Kette aus Nukleotiden kannst du auch als Nukleinsäure%Verweis bezeichnen. Da die Nukleinsäure mRNA den Zucker Ribose enthält, kannst du sie auch einfach als Ribonukleinsäure bezeichnen. Die englische Bezeichnung für die Ribonukleinsäure (RNS) ist ribonucleic acid (RNA).

mRNA Funktion

Die mRNA spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Proteinherstellung während der Proteinbiosynthese. Diesen Vorgang kannst du in die Transkription und die Translation unterteilen.

Bei der Transkription wird die Erbinformation auf der DNA%Verweis in eine mRNA umgewandelt, damit die DNA nicht durch zu viel Transport beschädigt wird. Dabei stellt die mRNA eine Kopie eines Stranges der DNA dar. Die Erbinformationen, die sich nun auf der mRNA befinden, enthalten also den Bauplan für die Proteine.

Doch die mRNA, die aus der Transkription hervorgeht, ist noch nicht fertig. Sie kann leicht beschädigt werden und besitzt noch unwichtige, nicht codierende Basensequenzen. Diese mRNA kannst du ach als unreife prä-RNA bezeichnen. Daher wird sie während der RNA-Prozessierung noch bearbeitet.

Zuerst erhält die mRNA an beiden Enden zusätzliche Moleküle aus Adenin- und Guanin-Nukleotiden. Diese schützen die RNA vor einer Abnutzung und einem vorzeitigen Abbau. Außerdem werden unwichtige Basen-Sequenzen, die Introns, aus der mRNA entfernt. Diese enthalten Informationen, die für die Proteinherstellung nicht relevant sind. Zurück bleiben die Exons, die die wichtigen Basen-Sequenzen besitzen. Nach diesem Vorgang liegt eine reife mRNA in der Zelle vor.

Aus dieser nun reifen mRNA können nun bei der Translation Proteine hergestellt werden.

Somit dient die mRNA als Bote für die Erbinformation und ermöglicht die Proteinherstellung.

%<img class="n3VNCb" src="https://docplayer.org/docs-images/74/70266727/images/2-1.jpg" alt="Molekularbiologie 6c Proteinbiosynthese. Bei der Proteinbiosynthese geht es  darum, wie die Information der DNA konkret in ein Protein umgesetzt wird -  PDF Kostenfreier Download" width="274" height="399" data-iml="16083" />Beschreibung: Ablauf der Proteinbiosynthese. Alt Text: Transkription, Translation, RNA-Prozessierung, mRNA, Ribosom, Proteinherstellung

Wenn du mehr über die Proteinbiosynthese wissen möchtest, dann schau dir doch unser Video dazu an.

mRNA Degradation

Wenn die mRNA nicht mehr benötigt wird oder beschädigt wurde, wird sie abgebaut. Diesen Abbau kannst du auch als Degradation bezeichnen. Dieser Vorgang wird von dem Enzym Ribonuklease durchgeführt. Dabei wird die mRNA in die Nukleotide zerlegt. Diese Nukleotide bleiben jedoch im Kernplasma zurück, um später in eine neue mRNA verbaut zu werden.

%<img class="alignnone  wp-image-69342" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/09/aaa-300x62.png" alt="" width="382" height="79" />Beschreibung: Abbau der mRNA. Alt-Text: mRNA, Degradation, Nuclease, Ribonuklease


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