Lexikon der Biochemie: messenger-RNA
messenger-RNA, mRNA, template-RNA, Botschafter-RNA, Boten-RNA, RNA, die am Ribosom in ein Polypeptid translatiert wird (Proteinbiosynthese).
Der Anfangspunkt der Translation wird durch Startcodons (immer AUG) signalisiert, denen jeweils eine Nucleotidsequenz am 5'-Ende vorgelagert ist. Beispielsweise liegt das Startcodon für die β-Galactosidase in der lac-mRNA von E. coli an Position 39. Die nichttranslatierte Nucleotidsequenz am 5'-Ende der prokaryontischen mRNA enthält Nucleotide, die komplementär zu einer Sequenz in der 15S-rRNA des Ribosoms sind. Vermutlich unterstützt diese Sequenz die Bindung der mRNA an das Ribosom.
Funktionelle mRNA ist einzelsträngig. Die mRNA wird normalerweise an mehreren Ribosomen gleichzeitig translatiert. Auf diese Weise werden aus einer mRNA viele Proteinmoleküle hergestellt. In Prokaryonten ist die Lebensdauer von mRNA kurz, wobei die Halbwertszeit mehrere Minuten beträgt. Eukaryontische mRNA ist gewöhnlich für Stunden bzw. Tage stabil. Prokaryontische mRNA kann die Information für die Synthese mehrerer spezifischer Proteine hintereinander enthalten. Man spricht von polycistronischer RNA, da sie ohne Unterbrechung an mehreren benachbarten Cistrons der DNA transcribiert wird.
In eukaryontischen Zellen sind die Synthese der mRNA und deren Translation weitaus komplizierter. Das erste Transcriptionsprodukt (Primärtranscript) ist eine heterogene hochmolekulare RNA (engl. giant messenger-like RNA, Abk. mlRNA, auch als D-RNA bezeichnet; heterogeneous nuclear RNA, hnRNA); Mr in tierischen Zellen 1-15·106Da). HnRNA wird im Kernplasma synthetisiert (im Gegensatz zu ribosomaler RNA, die im Nucleolus synthetisiert wird) und ist der Vorläufer der aktiven, polysomalen mRNA. HnRNA enthält sowohl Nucleotidsequenzen, die schließlich in Polypeptide translatiert werden (Exons) als auch lange Sequenzstränge, die nicht translatiert werden (Introns). Am 5'-Ende sind außerdem repetitive Sequenzen vorhanden, die jedoch nicht translatiert werden (Redundanz). Das 3'-Ende der hnRNA und der eukaryontischen mRNA trägt Poly(A)-Sequenzen und das entgegengesetzte 5'-Ende der meisten Messengers trägt ein "Kappe" (Cap) aus 7-Methylguanosintriphosphat, das mit dem ersten "normalen" Nucleotid über eine 5'-zu-5'-Bindung verknüpft ist.
Eukaryontische mRNAs, die ein Cap tragen, werden bei der zellfreien Proteinsynthese leichter translatiert als jene ohne Cap. Durch Entfernung des Caps wird die Bindung der mRNA an das Ribosom gestört. Es ist nicht bekannt, wann das Cap in vivo hinzugefügt wird. Caps dienen offenbar der korrekten Positionierung der Ribosomen am Startcodon der mRNA. Sie werden vom sog. cap-binding protein erkannt, das zu den eukaryontischen Initiationsfaktoren der Translation zählt und für die Bindung der mRNA an die ribosomale 40S-Untereinheit sorgt.
Die meisten eukaryontischen mRNAs tragen einen 3'-Poly(A)-Schwanz. Ausnahmen sind die Histon-mRNA, einige Hela-Zell-mRNAs und einige frühe mRNA-Spezies von Seegurkenembryonen.
Direkt nach der Synthese werden alle hnRNAs an Proteinpartikel gebunden, die vom Kern abgetrennt werden können. Es konnte nachgewiesen werden, dass diese hnRNPs poly(A)-Polymerasen und Endonucleasen enthalten. Das Proteinpartikel ohne mRNA wird auch Informofer genannt.
Die hnRNA unterliegt noch im Zellkern einer Prozessierung, wobei die Introns und einige der nichttranslatierten Endsequenzen entfernt und abgebaut werden. Die Poly(A)-Sequenzen bleiben davon größtenteils unberührt, jedoch werden einige teilweise oder vollständig abgebaut. Auf diese Weise können in manchen Fällen bis zu 90 % der hnRNA abgebaut werden, bevor sie in das Cytoplasma gelangt. Die verbleibenden eigentlichen mRNA-Moleküle (in tierischen Zellen beträgt das Mr 0,05-1,5·106Da) werden in das Cytoplasma transportiert, wo sie zunächst als Ribonucleoproteinpartikel (RNP, manchmal auch Informosomen genannt) vorliegen. Die mRNA verlässt dann das RNP und lagert sich mit Ribosomen zu aktiven Polysomen zusammen. Die vollständig verarbeitete monocistronische eukaryontische mRNA besitzt zusätzlich zum Poly(A)-Schwanz am 3'-Ende noch einige nichttranslatierte Nucleotide am 5'-Ende. Zur Regulation der mRNA-Synthese Genaktivierung, Operon, Enzyminduktion, Enzymrepression, Attenuation.
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