Genetik

tRNA

Was ist die tRNA und welche Funktion hat sie? In diesem Beitrag erklären wir dir den Aufbau, die Funktion und die Beladung der tRNA.

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Inhaltsübersicht

tRNA einfach erklärt

Unter einer tRNA kannst du dir eine spezielle RNA%Verweis vorstellen, die eine Aminosäure trägt. Die tRNA besitzt eine typische Kleeblattform. Am Ende des „Stieles“ ist die Aminosäure befestigt.

Die tRNAs liegen frei im Cytoplasma einer Zelle . Sie haben eine wichtige Aufgabe bei der Proteinbiosynthese. Sie transportieren Aminosäuren zu den Ribosomen, wo diese eine lange Aminosäurenkette bilden und in Proteine umgewandelt werden. Proteine sind überall in deinem Körper wichtig, zum Beispiel sind sie die Antikörper bei der Immunabwehr.

Damit dies möglich ist, muss die tRNA vorher mit der Aminosäure beladen werden. Dafür ist das Enzym Aminoacyl-tRNA-Synthetase notwendig. Sie verknüpft die Aminosäure mit der tRNA.

Die Definition sieht so aus:

Definition

Die tRNA (engl. transfer-RNA = Transport-RNA) ist eine spezielle Art der RNA, die eine Aminosäure mit sich trägt. Sie transportiert diese Aminosäure an die Ribosomen, wo die Proteinherstellung während der Proteinbiosynthese stattfindet.

RNA Struktur

Alle Arten der RNA weisen grundlegend den gleichen Aufbau auf.

Der Grundbaustein der RNA ist das Nukleotid. Die Ribosemoleküle und die Phosphatreste bilden das Rückgrat der RNA.

Eine RNA besteht aus organischen Basen, Phosphatresten und Zuckermolekülen. Du kannst bei der RNA vier verschiedene organische Basen (= Basen mit C-Atomen) unterscheiden. Die organischen Basen der RNA sind Adenin, Cytosin, Guanin und Uracil.

Bei dem Zucker in der RNA handelt es sich um die aus fünf Kohlenstoffatomen bestehende Ribose. Der dritte Bestandteil der RNA ist der Phosphatrest HPO42-. Phosphatreste entstehen, wenn Phosphorsäure (H3PO4) Wasserstoffprotonen H+ abgibt.

%<img class="n3VNCb" src="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/de/RNA-Nucleobases.svg/1200px-RNA-Nucleobases.svg.png" alt="Datei:RNA-Nucleobases.svg - Wikipedia" width="317" height="380" data-iml="17881" />Beschreibung: detaillierter Bau einer RNA. Alt-Text: Ribose, Phosphatrest, Base, Uracil, RNA
%@Animation: Bild aus Artikel "mRNA" kann übernommen werden

Detaillierter Bau einer RNA, Ribose, Phosphatrest, Base, Uracil, RNA
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Detaillierter Bau einer RNA

 

Jeweils eine Base und ein Ribosemolekül sind durch eine N-glykosidische Bindung verbunden. Eine Base und ein Ribosemolekül bilden zusammen einen Nukleosid.

Die Bindung zwischen der Ribose und dem Phosphatrest kannst du als Esterbindung bezeichnen. 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
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Aufbau eines Nukleotids, Zucker, Ribose, Phosphatrest, Phosphor, Base, RNA, DNA, Nukleosid, Nukleotid
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Aufbau eines Nukleotids

 

Viele Nukleotide legen sich aneinander und bilden den tRNA-Strang. Damit ein solcher Strang entstehen kann, bildet sich zwischen zwei Nukleotiden noch eine Bindung aus. Dabei handelt es sich ebenso um eine Esterbindung, welche zwischen dem Phosphatrest des einen und der Ribose des anderen Nukleotids entsteht.

%<img class="alignnone size-medium wp-image-74897" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/10/Esterbindung-RNA-1-300x165.png" alt="" width="300" height="165" />Beschreibung: Bindungen innerhalb einer RNA. Alt-Text: Esterbindung, N-Glykosidische Bindung, Nukleotid, Ribose, Base, Phosphatrest %@Animation: rotes und grünes Oval nicht übernehmen
%@Animation: Bild aus Artikel "mRNA" kann übernommen werden

Bindungen innerhalb einer RNA, Esterbindung, N-Glykosidische Bindung, Nukleotid, Ribose, Base, Phosphatrest
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Bindungen innerhalb einer RNA

tRNA Aufbau

Der aus den Nukleotiden gebildete Einzelstrang bildet eine besondere Form, die einem Kleeblatt gleicht. Diese Form kommt durch das Falten des Stranges zustande. Innerhalb der tRNA werden Wasserstoffbrückenbindungen zwischen gegenüberliegenden Basen ausgebildet.

Dabei werden drei Schleifen (=drei Blätter des Kleeblattes) gebildet. Diese Schleifen werden auch als D (Dihydrouridin)-Schleife, TΨC (T =Thymidin; Ψ = Pseudouridin; C =Cytidin) -Schleife und Anticodon-Schleife bezeichnet. Zwischen der TΨC-Schleife und der Anticodon-Schleife kann sich oft auch eine variable Schleife befinden, die unterschiedlich lang sein kann.

Die wichtigste Schleife für eine Zelle ist die Anticodon-Schleife. Sie enthält ein Basentriplett (= 3 Basen), das sogenannte Anticodon, welches komplementär zu einem bestimmten Triplett auf der mRNA%Verweis ist.

Den „Stiel“ des Kleblatts macht der sogenannte Akzeptorstamm aus, an dessen 3′-Ende (= Richtungsorientierung. OH-Gruppe befindet sich am 3. Kohlenstoffatom der Ribose) immer die Basensequenz C-C-A liegt. An dieses Triplett bindet die Aminosäure, die von dem Anticodon codiert wird.

%<img class="n3VNCb" src="https://www.spektrum.de/lexika/images/physik/fff15714_w.jpg" alt="tRNS - Lexikon der Physik" width="324" height="420" data-iml="335664" /><img class="" title="Die tRNA zeichnet sich durch eine charakteristische Kleeblattstruktur aus. Gut erkennbar sind der Anticodomarm und der Akzeptorstamm, die Funktionseinheiten zur Interaktion mit der mRNA bzw. die Anbindungsstelle für die Aminosäure." src="https://www.abiweb.de/assets/courses/media/trna-kleeblatt-ca.png" alt="Die tRNA zeichnet sich durch eine charakteristische Kleeblattstruktur aus. Gut erkennbar sind der Anticodomarm und der Akzeptorstamm, die Funktionseinheiten zur Interaktion mit der mRNA bzw. die Anbindungsstelle für die Aminosäure." width="329" height="429" />Beschreibung: Bau der tRNA. Alt-Text: RNA, Aminosäure, D-Schleife, TΨC-Schleife, Anticodon-Schleife, Proteinbiosynthese, Translation
%@Animation: Buchstaben innerhalb der Kästchen (linkes Bild) und Farben wie im rechten Bild sind unnötig. Deutsche Begriffe wie Rechts benutzen. Außer: C-Schleife soll TΨC-Schleife heißen!

Bau einer tRNA, RNA, Aminosäure, D-Schleife, TΨC-Schleife, Anticodon-Schleife, Proteinbiosynthese, Translation
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Bau einer tRNA

tRNA Funktion

Die tRNA spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Translation während der Proteinbiosynthese. Die Translation ist der zweite Schritt der Proteinherstellung und findet an den Ribosomen statt. Bei ihr wird die, in der Transkription gebildete, Kopie der DNA, die mRNA, in Proteine übersetzt.

Auf der mRNA liegt nach der Transkription der Bauplan für die Proteine (= genetischer Code), die gebildet werden. Die Translation beginnt an dem Startcodon mit der Basensequenz A-U-G. Die Ribosomen lesen jeweils drei Basen der mRNA, also immer ein BasenTriplett, ab. Nun setzen sie an jedes Triplett die dazugehörige tRNA. Diejenige, die dem Startcodon zugeordnet wird, kannst du auch als Initiator-tRNA bezeichnen.

Alle tRNA, die geordnet werden, geben ihre Aminosäure ab. Diese Aminosäuren bilden eine lange Aminosäurenkette (= Peptid kette). Das Ablesen der mRNA endet an einem Stopp-Codon. Dieses kann durch die Basensequenzen U-A-A, U-A-G oder U-G-A dargestellt werden.

%<img class="n3VNCb" src="https://www.studienkreis.de/fileadmin/lernen/assets/courses/media/translation-1-ca.gif" alt="Was ist die Translation in der Proteinbiosynthese?" width="396" height="177" data-iml="19635" />Beschreibung: Ablauf der Translation. Alt-Text: Ribosom, Proteinbiosynthese, tRNA, Aminosäurenkette, Proteinherstellung, mRNA
%@Animation: Bild aus Artikel "Translation" (Elongation) kann übernommen werden

Ablauf der Translation, Ribosom, Proteinbiosynthese, tRNA, Aminosäurenkette, Proteinherstellung, mRNA
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Ablauf der Translation

Die entstandene Aminosäurenkette faltet sich zu Schleifen, damit sie in ihrer Länge etwas komprimiert wird. Diese Schleifen werden auch als Alpha-Schleife, Beta-Schleife und Gamma-Schleife bezeichnet. Diese gefaltete Aminosäurenkette stellt ein Protein dar.

tRNA Beladung durch Aminoacyl-tRNA-Synthetase

Damit eine tRNA ihre Aminosäure zu den Ribosomen transportieren kann, muss sie zunächst mit der Aminosäure beladen werden. Dafür sind das Enzym Aminoacyl-tRNA-Synthetase (AA-tRNA-Synthetase) und der Energieträger ATP (Adenosintriphosphat) notwendig.

Die Synthetase besitzt zwei Bindungsstellen. In eine Stelle setzt sich eine Aminosäure und in die andere Stelle eine tRNA. Zunächst wird die Aminosäure unter ATP-Verbrauch aktiviert. Dabei gibt das ATP zwei Phosphatreste ab. Die aktivierte Aminosäure bindet sich nun an das Basentriplett C-C-A der tRNA am 3’Ende. Zwischen dem Basentriplett und der Aminosäure bildet sich eine Esterbindung .

Es existiert für jede Aminosäure eine andere Aminoacyl-tRNA-Synthetase. Jedes Enzym kann nämlich nur eine bestimmte Aminosäure binden. Jedoch ist es möglich, dass eine Synthetase unterschiedliche tRNA binden kann. Dies ist der Grund, weshalb manche Aminosäuren durch mehrere Basen-Tripletts codiert werden können.

%<img class="n3VNCb" src="https://media.springernature.com/original/springer-static/image/chp%3A10.1007%2F978-3-662-58172-8_14/MediaObjects/154381_10_De_14_Fig20_HTML.png" alt="Von der DNA zum Protein: die Genexpression | SpringerLink" width="708" height="418" data-iml="94507" />Beschreibung: Beladung der tRNA mit einer Aminosäure. Alt-Text: Aminosäure, Aminoacyl-tRNA-Synthetase, ATP
%@Animation: die Sprechblasen mit der Beschreibung weg lassen. Auch die ganze andere Schrift ist unnötig. wichtig sind: blau, grün, pink und ATP und die Pfeile.

Beladung der tRNA mit einer Aminosäure, Aminosäure, Aminoacyl-tRNA-Synthetase, ATP
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Beladung der tRNA mit einer Aminosäure

Suppressor-tRNA

Es kann geschehen, dass das Anti-Codon der tRNA mutiert, also verändert wird. Folglich werden an manche Tripletts Aminosäuren gesetzt, die an dieser Stelle eigentlich nicht codiert werden. Daher wird eine falsche Aminosäurekette und schließlich auch ein falschen Protein gebildet. Das kann im Lebewesen Krankheiten und Mutationen verursachen.

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