Proteinbiosynthese

joho · Anmeldungsdatum: 10.03.2011 Beiträge: 4

Hallo, ich habe ein paar Fragen zur Proteinbiosynthese dir mir Wikipedia/Google (oh weh!) leider nicht ganz beantworten konnten, vielleicht kann mir ja hier jemand weiter helfen.

1. Der Ablauf der Proteinbiosynthese ist zwar oft sehr gut beschrieben, allerdings wuerde mich mal interessieren was diesen Prozess anstoesst? Passiert das vielleicht zyklisch, stochastisch oder wird das extern ausgeloesst?

2. Wie genau das Dominant-Rezessiv-Modell auf phaenotypischer Ebene von statten geht ist ja ueberall nachzulesen, aber wie genau funktioniert das auf genetischer Ebene? Wenn ich mir mein diploides Chromosomenpaar anschaue und feststelle das Chromosom meiner Mutter sagt: Augenfarbe Blau!; das Chromosom meines Vaters sagt: Augenfarbe Braun! wie kommt die Auspraegung Braun dann zu stande? Prueft die RNA-Polymerase vor der Transkription welches der beiden Chromosome es "kopiert"? (kann ich mir irgendwie nicht vorstellen) oder werden bei der Proteinbiosynthese immer beide Chromosome gleichzeitig kopiert? Oder eines der beiden zufaellig? Und falls das so ist, wie ergibt sich, wenn beide Proteine synthetisiert wurden, dann der Phaenotyp?

3. Vielleicht etwas knifflig aber wenn jemand ne Antwort wuesste wuerde mir das sehr bei einem Projekt (Evolutionaere Algorithmen in der Inf.) weiterhelfen: Die tRNA wird ja von einem gesonderten Polymerasetyp synthetisiert.
3.1 Ist der DNA-Bereich der fuer diese Information (die der tRNA) zustaendig ist irgendwie besonders gegen Mutationen geschuetzt?
3.2 Waere ein Individuum auch lebensfaehig, wenn die Information fuer so ein tRNA ploetzlich in der Translationsphase fuer ein Codon eine andere Aminosaeure traegt (weil mutiert) und in das Protein einfuegt (passiert ja fuer jedes vorkommen des Codons, die kleine Mutation der tRNA wuerde eine grosse Aenderung fuer die Proteinsynthese bedeuten, oder?)? Gibt es da Studien?
3.3 Im Prinzip ist die Frage 3.2 dann folgende: Da die tRNA ja so etwas wie die "Uebersetzungsvorschrift von DNA in Protein" ist: Sind die Regeln nach denen ein Protein gebaut wird fest oder unterliegen dieser auch einem evolutionaerem Prozess (Mutation)?
3.4 Ich habe ja beim Lesen die Theorie gehabt (hatte bestimmt schon jemand anders vor mir, stand nur nicht auf Wikipedia) dass der Bauplan moeglichst fest sein sollte und sich "die DNA" gegen solche Mutationen im Bauplan schuetzt. U.A. koennte ja jedes Codon Theoretisch 4x4x4=64 verschiedene Aminosaeuren kodieren, allerdings gibt es ja nur ein paar 20 davon die dann redundant kodiert sind. Manche sogar 6-Fach, d.h. es gibt 6 verschiedene Codone die eine Aminosaeure bilden. Ich dachte mir dann das genau diese Tatsache vielleicht gegen tRNA-mutationen schuetzt, sollte eine der "Uebersetzunsvorschriften" mutieren und eine falsche Aminosaeure in das Protein einfuegen dann waeren immer noch 5 von den 6 Aminosaeuren im Protein die richtigen (zum. falls die Codone gleichverteilt in der DNA vorkommen). Oder hat das Ganze andere Gruende?

Vielen Dank schon mal!

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

zu 1:
Die PBS läuft eigentlich immer ab. Sie kann aber durch äußere Signale, wie zB Hormone gesteuert werden. Das läuft dann unter anderen über bestimmte Trnskriptionsfaktoren, die das Ablesen bestimmter Gene verstärkt, oder Repressoren, die sich auf bestimmte Gene setzen und das Ablesen blockieren. Schau einmal nach "Operon-Modell".

zu 2:
Beide Gene werden abgelesen, jedoch ist der Effekt des einen ausreichend genug, um dessen vollen Genotyp hervorzurufen. Manchmal reicht einfach schon die Hälfte der Enzyme, um den vollen Effekt hervorzurufen.

zu 3:
Der Bereich ist ziemlich sensibel. Mutationen in dem Bereich führen häufig dazu, dass die Zelle/der Organismus nicht mehr lebensfähig ist. Daher können sich diese Mutationen nicht durchsetzen.
Untersuchungen gibt es dazu insofern, dass die Code-Sonne für fast alle Organismen gilt. Es gibt aber einige Einzeller (weiß nicht mehr welche) bei denen es einen abgewandelten genetischen Code gibt. Änderungen sind also prinzipiell möglich, haben aber scheinbar so große Auswirkungen, dass nichts mehr in der Zelle funktioniert. Ersetze in einem Text alle "e" durch ein "r" und du kannst kaum noch verstehen, was die eigentliche Information ist.
Die Degeneration hat sicherlich unterschiedliche Gründe. Mit 2 Basen kann man nicht wirklich genug Aminosäuren codieren, um höchst unterschiedliche Proteine zu bilden. daher haben sich Tripletts durchgesetzt. Und da es deutlich mehr Kombinationen gibt, als Aminosäuren, ist es sicherlich vorteilhaft, mehrere Kominationen füreine AS zu nehmen. Dadurch können dann einige Mutationen im Gen sogar übergangen werden, sodass es vorteilhaft ist. Es schützt aber nur gegen Mutation in den Genen für Proteine, nicht bei den Genen der tRNA ( die gibt es mE dafür mehrfach, sodass es auch weniger ausmacht). In der Regel ist es eine tRNA, die verschiedene Codons erkennt (Wobble-Hypothese). Ist diese verändert, fallen alle Codons weg.

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

Da du alle deine Fragen sehr allgemein gehalten hast, kann ich lediglich versuchen, einen Überblick zu geben, bei weiteren Fragen, die sich dann ergeben, müsstest du dich entsprechend nochmal melden.

zu1.)
Es wird die RNA translatiert, die vorhanden ist (Reize, die die Proteinbiosynthese allgemein "ansteuern" sind eher selten), also interpretiere ich deine Frage als eine nach der Genexpression, also welches Protein wann in welcher Menge "hergestellt" wird.

Und da gibt es viele Ebenen, auf denen die Genexpression reguliert wird. Einerseits gibt es Gene, die konsekutiv exprimiert und dann z.B. als Proteine in Vesikeln oder als mRNA im Zellkern gespeichert werden, andererseits ist es möglich, auf allen Ebenen der Signaltransduktion, also der Beeinflussung (Inhibition oder Aktivierung) prinzipiell aller Proteine der Signalkaskaden, dem Binden/ Aktivieren von hemmenden/ fördenden Transkriptionsfaktoren/ Initiatoren, dem RNA- und auch dem Proteinstoffwechsel darauf Einfluss zu nehmen.
Das kann sowohl extern, z.B. durch die Bindung von Hormonen an Rezeptoren als auch intern, z.B. durch die Anforderungen an eine bestimmte Stoffwechsellage gesteuert werden.
Expressionsregulation kann also auf allen Ebenen der Signaltransduktion, Transkription und Translation stattfinden.

zu 2.)
Auch hier gibt es eine Vielzahl molekularer Mechanismen, die das bedingen.
Zu verschiedenen Dominanz- Mechanismen habe ich mich in diesem Forum schon einmal ausgelassen (hier klicken) .

Im Folgenden werde ich die Anomalien von den "Normvarianten" abgrenzen, obwohl das nur bedingt zulässig ist:

Die meisten Stoffwechselanomalien z.B. sind rezessiv vorhanden, es reicht also "ein Gen" aus, um eine gewisse Stoffwechselleistung zu erbringen. Der "Mangel" (falls vorhanden) wird dann durch das vermehrte Lesen des anderen Gens kompensiert. Dazu sollte man bedenken, dass nur in 20% aller humanen Gene die Proteinmenge mit der RNA- Menge korrelliert (also nur bei 1/5 die Proteinmenge proportional zu der RNA- Menge ist, auch die einzelne RNA kann häufiger "gelesen" werden).
Über die vielen Regulationsmechanismen kann da noch einiges "rausgeholt" werden.

Nur ein Gen bedeutet also keinesfalls zwangsläufig nur die Hälfte der Proteine (v.a. Krankheiten), aber manchmal eben reicht auch die halbe Menge Protein aus, um ein Merkmal zu erzeugen (ABO- Blutgruppen, Haarfarbe, Augenfarbe usw.), wobei das Merkmal stets die wahrnehmbare Ausprägung darstellt.

Mit der Blutgruppe A0 z.B. hat man nominell Blutgruppe A, doch sind genausoviele Oberflächenproteine vom Typ "0".
Da 0 jedoch keine immunologische Relevanz hat, bedeutet das die Dominanz von "A".

Auch können pathologisch mutierte Gene "stillgelegt" werden, so dass die Polymerase bzw. die Transkriptionsfaktoren nicht mehr binden können. Das wohl eindrucksvollste Beispiel ist das "Stillegen" eines ganzen Chromosoms, wie das beim weiblichen Geschlecht mit einem X- Chromosom geschieht. Noch interessanter ist aber, dass von zwei rezessiven Krankheiten von denen eine auf dem "aktiven" und die andere auf dem "stillgelegten" X- Chromosom liegt, beide durch das jeweils andere X- Chromosom kompensiert werden können......

Es kommt auch darauf an, in welchem Bereich sich eine Mutation befindet, manchmal "unterdrückt" ein Gen das andere, manchmal werden RNAs oder Proteine degradiert und ein anderes Mal Promotoren oder Enhancer "stillgelegt".
Ein "krankes" Gen (natürlich kann das gen selbst nicht krank sein, aber du weisst, was ich meine), kann also unterepräsentiert im Vergleich zu dem "gesunden" sein.
Manchmal (und das gilt nicht nur für X- chromosomal vererbte Merkmale) kommt es bei einer Merkmalsausprägung darauf an, von welchem Elter wir das Merkmal erhielten, manchmal auf unser eigenes Geschlecht (Männer erkranken z.B. wesentlich seltener an den erblichen Formen des Brustkrebses, obwohl das ein autosomales Merkmal ist).

Fazit 1: Entweder ein pathologisch mutiertes Gen bzw. seine Produkte (RNA, Protein) werden als solche "erkannt" und "entsorgt" (dann "merkt" die Zelle entweder, dass zu wenig Produkt vorhanden ist und kompensiert das über das andere Gen bzw. das Gen nicht gelesen [Mutationen in regulatorischen Bereichen wie Promotoren, Enhancern, regulatorischen RNA- Elementen]) oder eine gewisse Stoffwechselleistung kann nicht erfüllt werden (dann bleibt der "Expressionsreiz" erhalten, bis diese Leistung erfüllt wird).

Im Ggs. dazu ist die Expression des mutierten Gens bei dominant vererbten Merkmalen obligat.

Eigentlich jedoch ist der Phänotyp bei Normvarianten stets eine "Mischung", da tatsächlich beide Merkmale an seiner Bildung beteiligt sind.

Zur Augenfarbe hier mal beispielhaft ein veraltetes zwei- Gen- Modell (in Wahrheit sind daran eine Vielzahl von Genen beteiligt), von denen jedes diploid vorliegt:
Auf einem Gen liegen die möglichen Ausprägungen "braun" und "blau", auf dem zweiten die möglichen Ausprägungen "grün" und "blau".
"blau" bedeutet dabei stets "keine Pigmenteinlagerung" und die Gegenfarbe bedeutet "Pigmenteinlagerung" verschiedener Farbstoffe (braun= Melanin, für Grün den habe ich vergessen).
Damit sind alle Merkmale (also grün und blau) dominant gegen "blau". Da der braune Farbstoff stärker färbt als der grüne, ist braun auch dominant gegenüber grün, womit sich folgende Hierarchie ergibt: braun- grün- blau.
Die Gene selbst codieren dabei für die pigmenteinlagernden Proteine und eines davon reicht aus, um das Pigment einzulagern.

Das heisst aber auf zellulärer Ebene wieder, dass bei der Kombination braun/braun + grün/grün ebensoviel grüner Farbstoff eingelagert wird wie brauner (zellulärer Phänotyp braun/grün), doch der sichtbare Phänotyp ist braun und unterscheidet sich kaum von dem Genotypen braun/braun + blau/blau.

Wie sich das z.B. bei den Blutgruppen verhält, kannst du auch hier im Forum mit einem Klick hier nachlesen.

Fazit 2: Stets sind beide Allele an dem zellulären Phänotypen beteiligt, nur kann eines in seiner wahrnehmbaren Merkmalsausprägung dominieren.

zu 3.)
Ich wüsste nicht, dass der tRNA- codierende Bereich "besonders gegen Mutationen" geschützt ist, doch hat die menschliche Zelle (bei vielen Einzellern ist das natürlich anders) jedes tRNA- Genom mehrmals vorliegen (beim Menschen insgesamt ca. 500 tRNA- Gene), weswegen Mutationen leicht durch "gesunde" Gene kompensiert werden können, so what??

Anders ist das bei den Mitochondrien (und auch vielen Einzellern), da diese "nur" über 22 tRNA- Gene (die meisten E. coli- Stämme haben so um die 30) verfügen, weswegen die mir bekannten Erkrankungen sich auch hier abspielen. Von den ca. 150 bekannten pathologischen Mutationen im Mitochondrienchromosom befinden sich ca. die Hälfte im tRNA- codierenden Bereich.
Beispiele sind das MEERF- und das MELAS- Syndrom, die Mutationen im tRNA Leu(UUR)- Gen aufweisen. Da gerät die Proteinbiosynthese natürlich schon mächtig "durcheinander" und es kommt zu einigen unbrauchbaren Proteinen, was in der Folge einen gestörten oxidativen Energiestoffwechsel bedeutet.

Man kann natürlich auch überlegen (das wäre im Prinzip der in 3.2. angesprochene Fall), was passiert, wenn es aufgrund einer Mutation in dem Gen einer Aminoacyl- tRNA- Synthetase zu einer "Fehlbeladung" der tRNA kommt (Mutationen der tRNA selbst kommen dafür nicht in Frage, denn die Aminoacyl- tRNA- Synthetase erkennt die tRNA an dem Anticodon).
Die Konsequenzen wären weitreichend und häufig letal. Nach meinem Wissen gibt es nur eine Krankheit, die diesem Phänomen entspricht (eine Unterform des Morbus Charcot-Marie-Tooth). Da ist die Glycyl- tRNA- Synthetase mutiert.

Die "Übersetzungsvorschrift" unterliegt prinzipiell auch der Evolution, nur eben, dass ein sehr weitreichendes System so fein auf das bestehende Prinzip abgestimmt ist, dass eine Änderung eines Parameters mit dem Leben bzw. der Fortpflanzung nicht vereinbar wäre. Es hat sich nun so durchgesetzt, am "Anfang" wäre es natürlich auch anders möglich gewesen, eine Änderung des Prinzips bedeutete also einen "Neuanfang" der Evolution auf diesem Planeten von dem Punkt an, an dem dieses Prinzip sich durchgesetzt hat.
Ungefähr so, als würdest du einen "neuen Sehstoff" in dein Auge anstelle des Rhodopsin "einbauen" wollen, mit dem ein Sehen prinzipiell möglich wäre, doch müsstest du dazu das Auge neu konstruieren, denn dein jetziges wird damit nicht sehen können. Entfernst du die Grundlage, hat das darauf aufgebaute System keinen Bestand mehr.

edit: @PaGe: war gerade auch am Verfassen, lasse es aber trotz eventueller Überschneidungen stehen...

joho · Anmeldungsdatum: 10.03.2011 Beiträge: 4

Hallo!
Zunaechst moechte ich mich bei euch beiden fuer die schnellen und ausfuehrlichen Antworten bedanken.

Falls ich alles richtig verstanden habe waeren meine Fragen damit auch beantwortet.

Die Verwirrung bei Dominant-Rezessiv wurde wohl durch die Undeutlichkeit des Wikipedia-Artikels verursacht. Dort wird naemlich von dominanten und rezessiven Genen gesprochen, und es wird der Eindruck erweckt, dass diese Dominanz sich auf genetischer Ebene auswirkt, was ja am Beispiel der Augenfarbe falsch ist. Trage ich sowohl Gene fuer blaue und braune Augen werden ja beide Proteine synthetisiert, d.h. physisch (auch wenn's diesen Begriff ja eigentlich nicht in dem Kontext gibt smile

) ist meine Augenfarbe Braun-Blau, was dann aber nach der Mischung uebrig bleibt ist der Phaenotyp Braun.

Noch eine kurze Nachfrage zu 3. Die Formulierung "Sind die tRNA-Gene besonders vor Mutationen geschuetzt?" war wohl etwas ungluecklich. Was ich meinte war ob "das Uebersetzungssystem" besonders gegen Mutationen geschuetzt ist. Im Prinzip hat mir joerg die Frage ja schon teilweise mit "Ja" beantwortet, mit der Begruendung, dass tRNA-Gene mehrfach vorhanden sind.

Nun noch ein paar Fragen die mir als Mathematiker/Informatiker dazu kommen:
Sind die Aminosaeuren "fehlerkorrigierend" in der DNA/mRNA kodiert?

[In der Mathematik spricht man von einem Fehlerkorrigierendem Code wenn man z.B. auf einem Computer die Binaerzahlen anstelle von 0, 1 mit 000 und 111 codiert (sehr einfaches Beispiel). Gibt es dann bei der Uebertragung einen Bitflip durch eine Stoerung in der Leitung ("Mutation") und aus 000 wird 001, 010 oder 100 so kann der Empfaenger immer noch erkennen das eine 0 gemeint war; gibt es jedoch 2 Flips zu 011, 101, 110 wuerde der Empfaenger faelschlicherweise eine 1 erkennen; ist die Leitung also sehr Stoeranfaellig wuerde man eine 0 z.B. mit 0000000000 kodieren, dann wuerden bei bis zu 4 Flips noch immer die richtigen Werte erkannt werden. Soviel zum Prinzip.]
Da die 20 Aminosaeuren ja auch durch 61 unterschiedl. Codone kodiert sind koennte hier ein aehnlicher Mechnismus (auch wenn viel komplexer) vorliegen. (Das Beispiel ist jetzt wahrscheinlich wieder nicht sehr gut gewaehlt aber es geht nur ums Prinzip)

Nehmen wir an das Codon ACC kodiert ein gewisse Aminosaeure x.
Nehmen wir weiterhin an ein A neigt aufgrund seiner (evtl. chemischen)
Beschaffenheit dazu, falls es mutiert, haeufiger zu C zu mutieren als zu etwas anderem (frei aus der Luft gegriffen).
Waere der Prozess also fehlerkorrigierend dann gaebe es dann ein tRNA welche das ACC in Aminosaeure x uebersetzt und ein tRNA welches CCC in x uebersetzt. Gibt es Hinweise dafuer oder ist das vielleicht sogar nachgewiesen?

Dazu dann noch die Frage zur Aminoacyl- tRNA- Synthetase. Sind die Gene hierzu auch mehrfach vorhanden wie die der tRNA? Dieser Prozess (richtige Aminosaeure mit tRNA-Codon assoziieren) hat bei der Proteinsynthese schliesslich auch eine wichtige Rolle.

Falls dem so ist wuerde das doch sehr dafuer zu sprechen, dass in der DNA spezielle Vorkehrungen getroffen sind um vor Aenderungen bei der Abbildung von DNA auf Protein zu schuetzen. Seht ihr das auch so oder gibt es dazu vielleicht sogar Theorien?

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

joho · Anmeldungsdatum: 10.03.2011 Beiträge: 4

Also joerg, vielen Dank fuer deine Bemuehungen. Im Prinzip sind damit alle meine Fragen beantwortet.
Ich werde versuchen irgendwo noch etwas darueber zu finden ob die Wobble Theorie wirklich auf so etwas wie eine Fehlerkorrektur hindeutet; auf jeden Fall aber Danke so weit und falls sonst jemand vielleicht genaueres weiss oder Lektuere zu dem Thema kennt waere ich sehr dankbar!

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

Ich habe den Beitrag noch editiert, um einige missglückte Formulierungen zu verbessern, schau also noch mal drüber...

Lektüre:
- Crick, F.H.C. (1966): Codon-anticodon pairing: the wobble hypothesis. In: J. Mol. Biol. 19(2):548-555
- Lehrbücher der Biochemie
- pubmed; da findest du einiges, ist die ncbi- Datenbank.

joho · Anmeldungsdatum: 10.03.2011 Beiträge: 4

Danke nochmals.
Ist wirklich sehr interessante Materie, leider hab' ich neben der Diplomarbeit zu wenig Zeit um mich da jetzt tiefer einzuarbeiten, aber vielleicht finde ich ja nach der Abgabe ein paar Wochen Zeit.

Alle die's interessiert. Das Ganze ist wohl scheinbar noch Forschungsgegenstand (http://darwins-god.blogspot.com/2009/06/sophisticated-dna-error-correction.html) aber fuer mich es sieht wohl wirklich so aus als waeren diese ganzen Massnahmen dazu da um keine Fehler bei der Proteinsynthese zu machen.

Wenn man sich das Ganze mal etwas naeher anschaut dann sind die parallelen zur Mathematik sehr erstaunlich. (Oder sollte man besser sagen unausweichlich?)

Es gibt zum Beispiel eine Aminosaeure (Prolin) die durch CCU, CCC, CCA, CCG kodiert wird. Das erinnert mich schon sehr an die 000, 001, 010, 100 die alle die 0 kodieren sollen. Warum jetzt aussgerechnet das letzte Element in dem Dreigespann so variabel ist waere dann natuerlich die naechste Frage :-) Man wuerde doch annehmen das alle 3 Elemente gleich anfaellig fuer Mutationen sind. Aber vielleicht gibt es da noch andere Prozesse die vielleicht bei der Fehlerkorrektur der DNA selbst besonderen Wert auf die Korrektheit der ersten beiden Elemente eines Codons legen.

Die Aminosaeurer Prolin bildet in diesem System keinesfalls eine Ausnahme (siehe Inverse Tablle http://en.wikipedia.org/wiki/Genetic_code#RNA_codon_table), es scheint schon ein ausgekluegeltes Konzept hinter der ganzen Sache zu stecken: Die ersten beiden Nukleotide in unterschiedlichen Codonen die alle eine Aminosaeure kodieren sind immer "aehnlich"
(Leu: UU_ CU_; etc.), meistens sogar gleich (Gln: CA_; Phe: UU_; etc.).

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

Hedera · Anmeldungsdatum: 08.03.2011 Beiträge: 657

Es gehört zwar nicht ganz zum Thema, aber wenn hier schon über Aminosäuren und ihre Codons geredet wird, möchte ich mal einen weitverbreiteten Irrglauben in der Wissenschaft aufklären:

"Silent-Mutationen" oder auch Stummemutationen genannt, sind garnicht so trivial, wie man lange annahm.
Eine solche Mutation führt dazu, dass meist das letzte Glied im Codon mutiert ist, diese aber in der Regel keine Wirkung hat, weil meistens die selbe Aminosäure codiert wird. So dachte die Wissenschaft.
Tatsächlich ist es aber anders.
CGG kodiert für Arg.
Auch alle anderen Nukleotide können an der dritten Stelle stehen und das Codon würde auch für Arg kodieren (also: CGU, CGC und CGA)

Nun ist das trivial gesagt nichts anderes als Chemie und die Wissenschaft hat die aberwitzige Vorstellung gehabt, dass es bei der Genetik Ausnahmen von der Regel gibt Grins

Sie waren der Meinung, dass sich die RNA mit veränderten Codons und somit (wenn auch nur geringfügiger) anderer Chemie gleich verhält. Überspitze gesagt wurde behauptet, dass O (Sauerstoffatom), O2 (O-Molekül) und O3 (Ozon) beispielsweise mit Wasser sich gleich verhalten. Jeder Chemiker würde druchdrehen Augenrollen

Naja kommen wir jetzt mal zum Punkt:
Da wir im Falle von Arginin nun von exakt 4 Möglichkeiten reden, wie es codiert werden könnte und diese 4 Möglichkeiten jedoch chemisch verschiedene sind, haben wir natürlich auch verschiedene Affinitäten. Wir nehmen mal kurz an, dass diese so aussehen:
CGG: Affinität um die Amonisäure zu binden 100%
CGA: Affinität um die Amonisäure zu binden 80%
CGU: Affinität um die Amonisäure zu binden 60%
CGC: Affinität um die Amonisäure zu binden 40%

Welches Codon eignet sich nun am besten um Arg in ein Protein einzubauen? Und welches am schlechtesten?
Stillemutationen sind nicht in der Lage die Struktur eines Proteins zu verändern, aber sehr wohl die Geschwindigkeit der Synthese und diese hat, wenn auch nicht so gravierende, dennoch negative Effekte.

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

@Hedera:

Ganz so einfach und richtig ist das nicht....
Und ganz so "aberwitzig" ist die Idee auch nicht, dass die rein chemischen Wechselwirkungen (zumindest die der Codon- Anticodon- Erkennung) eine untergeordnete Rolle spielen.

Die rein chemischen Interaktionen der Codon- Anticodon- Paarung sind immer extrem schwacher energetischer Natur und die diesbezüglichen Unterschiede zwischen "korrekten" und "unkorrekten" Paarungen generell zu gering, um die Genauigkeit des Ribosoms zu erklären, geschweige denn Auswirkungen auf die Gesamtkinetik der Proteinbiosynthese zu haben.
So konnte gezeigt werden, dass die Spezifität durch verschiedene Selektionsphasen (initiale Selektion und Fehlerkorrektur) erhöht und durch diese die Genauigkeit des Ribosoms festgelegt wird.

Initial kann es zu Bindungen "falscher" tRNAs kommen (Es wird erst einmal eine gewisse Anzahl "ankommender tRNAs auf ihre "Tauglichkeit" getestet), die dann jedoch in der ersten Selektionsphase schneller dissoziieren als die "richtigen".
Am Ende der zweiten Selektionsphase kann dann entweder die "falsche" tRNA ("zweite Chance") dissoziieren oder die "richtige" in die Transferphase eintreten.

Nicht die Kinetik der "nackten" Codonerkennung, sondern die Kinetik der Dissoziation "falscher" tRNAs vom Ribosom und der katalytischen Aktivität der am Selektionsprozess beteiligten Proteine bestimmen die Spezifität und auch die "Geschwindigkeit der Translation".
Der determinierende Faktor ist also nicht die Bindungskinetik, sondern eine Kopplung verschiedener Enzymkinetiken

Die Codonerkennung ist dabei u.a. von der Konformation des Ribosoms, beteiligter Elongationsfaktoren und der RNA abhängig (auch RNA- Modifikationen können die Genauigkeit beeinflussen).
Der Peptidtransfer findet erst nach Abschluss beider Selektionsphasen statt.

Zudem setzte deine Überlegung voraus, dass eine energetisch günstigere Bindung auch "schneller" einsetzt bzw. eine ungünstigere gar verdrängen kann, das ist aber nicht so, denn für die Verdrängung einer bereits bestehenden Bindung müsste die Energie dieser Bindung überwunden werden.
Nehmen wir einmal an, es würde "rein nach energetischen Aspekten der Codonerkennung" gebunden werden. Das bedeutete, dass "zufällig" eine der tRNAs, die sich gerade in räumlicher Nähe befände, an das Codon bindet. Dabei wäre es ziemlich egal, wie stark die Bindungsenergie wäre, eine tRNA mit höherer Bindungsenergie müsste diese erst einmal verdrängen. So kommt höchstens zufällig ein funktionierendes Protein zustande.
Dein "Affinitätsbeispiel" hätte keine Auswirkung auf die Geschwindigkeit der Proteinbiosynthese, lediglich auf die Genauigkeit, was viele "non- sense- Proteine" zur Folge hätte
(Woher stammt dieses Beispiel und die daraus abgeleiteten Schlussfolgerungen überhaupt? Würde mich wahrlich interessieren.....).

Wenn dich Artikel dazu interessieren, meld dich nochmal.

Hedera · Anmeldungsdatum: 08.03.2011 Beiträge: 657

Ich hab das sehr stark vereinfacht dargestellt und wollte eigentlich nur darauf hinweisen, dass die Stillenmutationen sehr wohl (nach derzeitigem Wissensstand) einen entscheidenen Einfluss haben (es wird vorallem vermutet, dass sie bei Krankheiten eine Rolle spielen)
Klar das stimmt schon alles, was du schreibst aber die größte Tugend in der Wissenschaft ist nunmal kritisch an eine Sache ran zu gehen.

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

Hedera · Anmeldungsdatum: 08.03.2011 Beiträge: 657

@ jörg:
Ich denke, dass es vorerst das sinnvollste ist, wenn wir das etwas verschieben und dann im April, weiter diskutieren. Wäre mir zumindest sehr lieb (beachte PN) Zwinkern

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

Da es in diesem Thread nun einmal thematisiert wurde, möchte ich (auch nach privater Rücksprache mit Hedera), zusammenfassend den Einfluss "stummer Mutationen" auf die Genexpression allgemein (für den eher unwahrscheinlichen Fall, dass jemand über diesen Beitrag "stolpert" und sich daraufhin fragt, wie sich das nun eigentlich verhält) beschreiben:

Auf die Proteinbiosynthese haben sie einen Einfluss, wenn sie die Struktur, Konformation oder Modifikation der RNA beeinflussen, so dass z.B. eine im "Normalfall" verzögert stattfindende Faltung eines Proteins durch das Vorhandensein der Mutation "beschleunigt" wird, so dass daraufhin wiederum Domänen untereinander wechselwirken, die eigentlich in eine Wechselwirkung mit anderen Domänen treten sollten. Darüber kommt es zu einer "abnormen" Sekundärstruktur der Proteine, woraufhin diese degradiert werden können. Nach meinen Recherchen existieren jedoch nur wenige solcher Mutationen.
Möglich ist auch z.B. eine durch eine veränderte RNA- Sekundärstruktur bedingte Verzögerung der Proteinbiosynthese, Wirkung auf RNA- Export und -Transport o.ä., worüber dann mittelbar auch die Kinetik der PBS beeinflusst werden kann.

Eine andere Möglichkeit wäre der oben beschriebene Einfluss auf die Genauigkeit der Proteinbiosynthese, da durch entsprechende Mutationen u.U. auch "falsche" tRNAs an einem Codon zu einer Änderung der Ribosomenstruktur i.S. einer "Fehlerkennung" führen können.

Die meisten der pathologischen stummen Mutationen entfalten ihre "Wirksamkeit" jedoch auf transkriptioneller Ebene, indem sie in sowohl regulatorischen als auch codierenden Sequenzen auftreten.

Die bedeutsamsten Beispiele betreffen dabei die exonischen Anteile der Erkennungssequenzen der splicosomalen Ribonukleoproteine (snRNPs). Mutationen können hier zu einer verminderten Erkennung der splice- sites durch die snRNPs führen und damit zu insuffizient gespleissten RNAs, die dann wiederum degradiert werden können. Oftmals befinden sich auch innerhalb der Introns Polyadenylierungssequenzen, die durch das Binden der snRNPs an der 5' splice- site gehemmt werden. Wenn diese nun im Rahmen der Mutation nicht mehr effektiv binden, können diese "kryptischen" poly- A- Motive erkannt werden und es kann dadurch zu einer "verkürzten" RNA mit z.T. "unsinnigen" Motiven kommen, die dann zwar als reife mRNA "gedeutet", in das Zytoplasma exportiert und dort translatiert werden kann, doch das mit diesem "blueprint" synthetisierte, verkürzte Protein hat weder die gewünschte Struktur noch erfüllt es die "erwartete" Funktion und wird somit meistens degradiert.
Teilweise ungespleisste RNAs (also wenn sich in dem auf die Mutation folgenden Intron kein poly- A- Motiv befindet) werden gar nicht erst ins Zytoplasama exportiert, sondern noch im Zellkern degradiert.

Befindet sich der Defekt "nur" auf einem Allel, kann die verminderte RNA- bzw. Proteinmenge durch das "gesunde" Gen im o.g. Sinne (teil)kompensiert werden (solche Mutationen folgen also i.d.R. einem rezessiven Erbgang), eine Homozygotie für solche Anomalien kann jedoch folgenschwere Auswirkungen haben.

Fazit: Wenn stumme Mutationen Auswirkungen haben, betreffen diese in den meisten Fällen regulatorische RNA- Elemente bzw. nehmen Einfluss auf Struktur, Konformation oder Modifikation der RNA und damit v.a. den RNA- Phänotypen.
Hierüber können sie auch verschiedene Einflüsse auf die Proteinbiosynthese haben.

Das ganze Thema ist dabei Gegenstand recht moderner Forschung und höchtens für Studenten von relevantem Belang.