Ribonukleinsäure

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 10. November 2016
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Die Ribonukleinsäure ist ähnlich aufgebaut wie die Desoxyribonukleinsäure (DNA). Sie spielt als Träger von Erbinformationen jedoch nur eine untergeordnete Rolle. Als Zwischenspeicher für Informationen dient sie unter anderem als Übersetzer und Überträger des genetischen Codes von der DNA zum Protein.

Inhaltsverzeichnis

Was ist Ribonukleinsäure?

Abgekürzt wird die Ribonukleinsäure sowohl im englischen als auch im deutschen Sprachgebrauch als RNA bezeichnet. Sie ist ähnlich aufgebaut wie die DNA (Desoxyribonukleinsäure). Im Gegensatz zur DNA besteht sie jedoch nur aus einem Strang. Ihre Aufgabe ist unter anderem die Übertragung und Übersetzung des genetischen Codes bei der Proteinbiosynthese.

Die RNA kommt allerdings in verschiedenen Formen vor und erfüllt auch unterschiedliche Aufgaben. Kürzere RNA-Moleküle besitzen gar keinen genetischen Code, sondern sind zuständig für den Transport von bestimmten Aminosäuren. Die Ribonukleinsäure ist nicht so stabil wie die DNA, weil sie keine langfristige Speicherfunktion für den genetischen Code besitzt. Bei der mRNA dient sie beispielsweise lediglich so lange als Zwischenspeicher, bis die Übertragung und Übersetzung abgeschlossen ist.

Anatomie & Aufbau

Die Ribonukleinsäure ist eine aus vielen Nukleotiden zusammengesetzte Kette. Das Nukleotid besteht aus einer Verbindung zwischen Phosphatrest, Zucker und Stickstoffbase. Dabei sind die Stickstoffbasen Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil jeweils an einen Zuckerrest (der Ribose) gebunden. Der Zucker ist wiederum an jeweils zwei Stellen mit einem Phosphatrest verestert und bildet mit diesem eine Brücke.

Die Stickstoffbase befindet sich an der gegenüberliegenden Position des Zuckers. Zucker und Phosphatreste wechseln sich ab und bilden eine Kette. Die Stickstoffbasen sind somit nicht direkt miteinander verknüpft, sondern sitzen seitlich am Zucker. Jeweils drei hintereinanderfolgende Stickstoffbasen werden als Triplett bezeichnet und enthalten den genetischen Code für eine bestimmte Aminosäure. Mehrere Tripletts hintereinander codieren eine Polypeptid- oder Proteinkette.

Im Unterschied zur DNA enthält der Zucker an der 2'-Position statt eines Wasserstoffatoms eine Hydroxylgruppe. Außerdem ist die Stickstoffbase Thymin ist bei der RNA gegen Uracil ausgetauscht. Aufgrund dieser geringen chemischen Abweichungen kommt die RNA im Unterschied zur DNA in der Regel nur einsträngig vor. Die Hydroxylgruppe in der Ribose sorgt auch dafür, dass die Ribonukleinsäure nicht so stabil ist wie die DNA. Ihr Auf- und Abbau muss flexibel sein, weil sich ständig die zu übertragenden Informationen ändern.

Funktion & Aufgaben

Die Ribonukleinsäure erfüllt mehrere Aufgaben. Als langfristiger Speicher für den genetischen Code kommt sie in der Regel nicht infrage. Lediglich bei einigen Viren dient die RNA als Träger der genetischen Information. In den anderen Lebewesen wird diese Aufgabe von der DNA übernommen. Die RNA fungiert unter anderem als Überträger und Übersetzer des genetischen Codes bei der Proteinbiosynthese.

Dafür ist die mRNA zuständig. Übersetzt bedeutet mRNA Messenger-RNA oder Boten-RNA. Sie kopiert die auf einem Gen befindliche Information und transportiert sie zum Ribosom, wo mithilfe dieser Information ein Protein synthetisiert wird. Dabei bilden drei nebeneinanderliegende Nukleotide ein sogenanntes Codon, welches eine bestimmte Aminosäure repräsentiert. So wird schrittweise eine Polypeptidkette von Aminosäuren aufgebaut. Die einzelnen Aminosäuren werden mittels der tRNA (Transfer-RNA) zum Ribosom transportiert. Dabei fungiert die tRNA somit als Hilfsmolekül bei der Proteinbiosynthese. Als weiteres RNA-Molekül ist die rRNA (ribosomale RNA) am Aufbau der Ribosomen beteiligt.

Weitere Beispiele sind die asRNA (antisense-RNA) zur Regulation der Genexpression, die hnRNA (heterogene Kern-RNA) als Vorstufe zur reifen mRNA, die Ribowitches für die Genregulation, die Ribozyme zur Katalyse von biochemischen Reaktionen und viele mehr. Die RNA-Moleküle dürfen nicht stabil sein, weil zu unterschiedlichen Zeitpunkten verschiedene Transkripte gebraucht werden. Die abgespalteten Nukleotide oder Oligomere dienen ständig zur Neusynthese von RNA. Nach der RNA-Welt-Hypothese von Walter Gilbert bildeten die RNA-Moleküle die Vorläufer aller Organismen. Noch heute sind sie bei einigen Viren die einzigen Träger des genetischen Codes.

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Krankheiten

Im Zusammenhang mit Krankheiten spielen Ribonukleinsäuren insofern eine Rolle, dass viele Viren ausschließlich RNA als Erbsubstanz besitzen. So gibt es neben DNA-Viren auch Viren mit ein- oder doppelsträngiger RNA. Außerhalb eines lebenden Organismus ist ein Virus völlig inaktiv. Es besitzt keinen eigenen Stoffwechsel. Kommt jedoch ein Virus in Kontakt mit Körperzellen, wird die genetische Information seiner DNA oder RNA aktiviert. Das Virus beginnt, sich mithilfe der Organellen der Wirtszelle selber zu vermehren.

Dabei wird die Wirtszelle vom Virus umprogrammiert auf Produktion einzelner Virusbestandteile. Das Erbmaterial des Virus gelangt in den Zellkern. Dort findet sein Einbau in die DNA der Wirtszelle statt, wobei ständig neue Viren erzeugt werden. Die Viren werden aus der Zelle ausgeschleust. Der Vorgang wiederholt sich so lange, bis die Zelle abstirbt. Bei den RNA-Viren wird mittels des Enzyms reverse Transkriptase die Erbinformation der RNA in die DNA transkribiert. Eine Sonderform der RNA-Viren sind die Retroviren. Beispielsweise zählt das HI-Virus zu den Retroviren. Auch bei den Retroviren sorgt das Enzym reverse Transkriptase für die Übertragung der genetischen Information der einsträngigen RNA in die DNA der Wirtszelle.

Dort werden neue Viren erzeugt, welche die Zelle verlassen, ohne dass sie zerstört wird. Es bilden sich immer neue Viren, die ständig wieder andere Zellen befallen. Retroviren sind sehr mutationsfreudig und können dadurch nur schwer bekämpft werden. Als Therapie wird eine Kombination aus mehreren Komponenten wie Reverse-Transkriptase-Inhibitoren und Protease-Inhibitoren angewendet.

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