Ribonukleinsäure-Synthese

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 3. Februar 2017
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Die Ribonukleinsäure-Synthese ist Voraussetzung für die Proteinsynthese. Dabei übertragen die Ribonukleinsäuren die Erbinformation von der DNA auf die Proteine. Bei einigen Viren stellen Ribonukleinsäuren sogar das gesamte Genom dar.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Ribonukleinsäure-Synthese?

Die Ribonukleinsäure-Synthese erfolgt immer an der DNA. Dort werden über einen enzymatisch gesteuerten Prozess komplementäre Ribonukleotide zu einem RNA-Strang zusammengesetzt. Die Ribonukleinsäure (RNA) ist ähnlich aufgebaut wie die Desoxyribonukleinsäure (DNA). Sie besteht aus Nukleinbasen, einem Zuckerrest und Phosphaten. Zusammengesetzt bilden die drei Bausteine ein Nukleotid. Der Zucker besteht aus einer Ribose. Das ist eine Pentose mit fünf Kohlenstoffatomen. Der Unterschied zur DNA ist, dass der Zucker in der 2-Position im Pentosering statt eines Wasserstoffatoms eine Hydroxylgruppe enthält.

Die Ribose ist an zwei Stellen mit der Phosphorsäure verestert. Somit entsteht eine Kette mit abwechselnden Ribose- und Phosphateinheiten. Seitlich an der Ribose ist eine Nukleinbase glykosidisch gebunden. Zum Aufbau der RNA stehen vier unterschiedliche Nukleinbasen zur Verfügung. Das sind die Pyrimidinbasen Cytosin und Uracil sowie die Purinbasen Adenin und Guanin.

In der DNA findet sich statt Uracil die Stickstoffbase Thymin. Drei Nukleotide hintereinander bilden jeweils ein Triplett, welches eine Aminosäure codiert. Der Code wird durch die Reihenfolge der Nukleinbasen (Stickstoffbasen) bestimmt. Die RNA ist im Gegensatz zur DNA einsträngig. Dies wird durch die Hydroxylgruppe an der 2-Position der Ribose verursacht.

Funktion & Aufgabe

Bei der Ribonukleinsäure-Synthese werden unterschiedliche Arten von RNA synthetisiert. Im Gegensatz zur DNA dient die RNA nicht zur langfristigen Speicherung der genetischen Information, sondern zu ihrer Übertragung.

Dafür ist unter anderem die Boten-RNA (mRNA) verantwortlich. Sie kopiert die genetische Information von der DNA und leitet sie weiter zum Ribosom, wo die Proteinsynthese stattfindet. Die Information wird in der RNA nur kurzfristig zwischengespeichert. Nach Beendigung der Eiweißsynthese wird sie wieder abgebaut.

Die tRNA und die rRNA tragen keine genetischen Informationen, sondern helfen am Ribosom beim Aufbau von Proteinen. Andere Ribonukleinsäuren sorgen für die Genexpression. Damit sind diese verantwortlich dafür, welche genetischen Informationen überhaupt abgelesen werden sollen. Sie tragen somit auch zur Differenzierung der Zellen bei. Schließlich gibt es RNA, die sogar katalytische Funktionen übernimmt.

Einige Viren enthalten statt DNA nur RNA. Damit ist deren genetischer Code in der RNA gespeichert. Allerdings kann die RNA nur mithilfe der DNA synthetisiert werden. Viren sind daher immer nur innerhalb einer Wirtszelle lebens- und vermehrungsfähig.

Die Ribonukleinsäure-Synthese ist Voraussetzung für die Proteinsynthese. Dabei übertragen die Ribonukleinsäuren die Erbinformation von der DNA auf die Proteine.

Bei der Ribonukleinsäure-Synthese katalysiert das Enzym RNA-Polymerase an der DNA die Bildung von RNA, wobei es zur exakten Übertragung des genetischen Codes kommt. Die Transkription wird initiiert durch Bindung der RNA-Polymerase an einen Promotor. Dabei handelt es sich um eine bestimmte Nukleotidsequenz auf der DNA. In einem kurzen DNA-Abschnitt wird nun die Doppelhelix durch Lösen der Wasserstoffbrückenbindung aufgebrochen. Dabei lagern sich am codogenen Strang der DNA an den entsprechenden Basen komplementäre Ribonukleotide an.

Unter Ausbildung einer Esterbindung verbinden sich Ribose und Phosphatgruppen miteinander, wobei der Strang der RNA entsteht. Die DNA wird nur an einem kurzen Abschnitt geöffnet. Aus dieser Öffnung ragt der bereits synthetisierte Abschnitt des RNA-Strangs heraus. Die Ribonukleinsäure-Synthese endet an einem Terminator genannten Bereich der DNA. Dort befindet sich ein Stoppcode. Nach Erreichen des Stoppcodes löst sich die RNA-Polymerase von der DNA ab und die gebildete RNA wird entlassen.

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Krankheiten & Beschwerden

Die Ribonukleinsäure-Synthese ist ein grundlegender Prozess, sodass eine Störung verheerende Folgen für den Organismus hat. Um Proteine synthetisieren zu können, darf es keine großen Abweichungen bei der Synthese geben. Jedoch können einige fremde RNA-Partikel die gesamte Zelle so umprogrammieren, dass die Körperzelle nur noch fremde RNA synthetisiert. Dieser Prozess kommt häufig vor und spielt bei Virusinfektionen eine große Rolle.

Viren können sich nicht allein vermehren. Sie sind immer auf eine Wirtszelle angewiesen. Es gibt sowohl DNA-Viren als auch reine RNA-Viren. Beide Arten dringen in die Zelle ein und bauen ihr Erbmaterial in den genetischen Code der Wirtszelle ein. Dabei fängt die Zelle an, nur noch das Erbmaterial der Viren zu replizieren. Die Zelle erzeugt so lange Viren, bis sie abstirbt. Die neu gebildeten Viren dringen in weitere Zellen ein und setzen ihr Zerstörungswerk fort.

Die RNA-Viren bauen ihr Erbmaterial mithilfe des Enzyms reverse Transkriptase in die DNA ein. Nach dem Einbau dominiert die Synthese der Viren-RNA, welche wieder in die nächste Zelle gelangen. Zu den RNA-Viren gehören auch die Retroviren. Ein bekannter Retrovirus ist der HI-Virus. Die Retroviren stellen jedoch einen Sonderfall dar. Sie bauen zwar auch über die reverse Transkriptase ihr Erbmaterial in die DNA ein, die dabei entstandenen neuen Viren verlassen jedoch die Zelle, ohne diese zu zerstören. Dadurch wird es möglich, dass infizierte Zellen zu einer ständigen Quelle von Viren werden.

Bei der Produktion neuer Viren kommt es jedoch auch ständig zu Mutationen, welche das Virus dauernd verändern. So bildet das Immunsystem zwar Antikörper gegen die bestehenden Viren, bevor diese aber zerstört sind, hat sich der genetisch Code so weit verändert, dass einmal gebildete Antikörper nicht mehr wirksam sind. Der Körper muss ständig neue Antikörper produzieren. Damit wird das Immunsystem so in Anspruch genommen, dass es auf Dauer seine Abwehrkraft gegen Bakterien, Pilze und Viren verliert.

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