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Zellen sind schlampig

(24.04.2020) Hat eigentlich schon mal jemand erklärt, wie im berühmten Poly-U-Experiment zur Entschlüsselung des Triplett-Codes die Translation ohne Startcodon funktionieren konnte?
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Wenn man sich als Fachmagazin für biologisch-medizinische Forschung etabliert, bleibt es nicht aus, dass man bisweilen auch fachliche Fragen gestellt bekommt. Und die sind manchmal gar nicht ohne. Vor allem, weil man ja offenbar deswegen gefragt wird, da „Freund Google“ keine schnelle Antwort liefert.

Ganz in diesem Sinne fanden wir vor kurzem folgende Frage in unserer E-Mail:

„Liebe Redaktion,

mein Sohn lernt in der Schule gerade Translation und genetischen Code. Dies habe ich zum Anlass genommen, mit ihm das Rätsel „Kennen Sie den? Der übergangene Code-Knacker“, LJ 5/2017, anzuschauen. Das hat uns auf folgende Frage gebracht:

Wieso funktioniert die Translation in einem zellfreien System auch ohne Startcodon?“

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Gute Frage!

Tja… Tatsächlich findet man bei „Freund Google“ und auch sonst so gut wie überall, dass in der mRNA nach einer untranslatierten Leader-Sequenz zwingend das Start-Codon AUG kommen muss, damit das Ribosom sie richtig binden und im korrekten Leseraster mit der Translation beginnen kann. Gute Frage also, wie das im erwähnten Rätsel angesprochene Poly-U-Experiment, mit dem Heinrich Matthaei im Labor von Marshall Nirenberg das Triplett-Prinzip des genetischen Codes entschlüsselte, überhaupt funktionieren konnte. Schließlich gab Matthaei lediglich blitzeblanke Poly-U-RNA-Stränge zur Translation in das ansonsten Zell- und mRNA-freie E. coli-Extrakt – von Startcodons nicht der Hauch einer Spur. Wie konnten ihm danach dann trotzdem fix und fertig translatierte Poly-Phenylalanin-Ketten im Filter hängenbleiben – ganz wie es das Phenylalanin-Triplett UUU vorsieht?

Es dauerte ein Telefonat und noch ein klein wenig länger, bis unser Chefredakteur folgende Antwort zurückmailen konnte:

„Biologische Prozesse sind eigentlich immer etwas „fuzzy“ und funktionieren nie hundertprozentig schwarz oder weiß! Das heiß im konkreten Fall, dass die Ribosomen auch RNAs ohne Startcodon transkribieren können – allerdings mit viel schlechterer Affinität und Effizienz. In der Zelle kommt das praktisch nicht vor, da die RNAs mit Startcodon gnadenlos in der Überzahl sind und die Ribosomen aufgrund ihrer starken Affinität immer wieder sofort neu besetzen. Die wenigen RNAs ohne Startcodon sind da völlig chancenlos.

Im Poly-U-Experiment von Matthaei dagegen waren überhaupt keine RNAs mit Startcodon vorhanden, dafür aber ein riesiger, völlig unphysiologischer Überschuss an homogener Poly U-RNA. Daher konnten die Ribosomen am Ende trotz der geringeren Affinität aufgrund der fehlenden Konkurrenz durch andere RNAs genügend Poly U-RNA transkribieren – jedenfalls genug, dass Matthaei damit das Triplett-Codon UUU für Phenylalanin nachweisen konnte.

Zudem spielten auch die gegenüber der intakten Zelle stark veränderten physiologischen Bedingungen in Matthaeis Test eine gewisse Rolle – vor allem die Magnesium-Konzentration. Dazu mehr hier: https://tinyurl.com/yalvbdt4.“

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Generelles gelernt

Ein klein wenig konnte „Freund Google“ am Ende also doch helfen.

Dennoch muss man sich wundern, dass dieses durchaus wichtige „Startcodon-Problem“ bei all den vielen Beschreibungen des Poly-U-Experiments praktisch völlig außer Acht gelassen wird. Zumal man ja mit der „Fuzziness“ – oder auf deutsch: Schlampigkeit – der Translation noch etwas ganz Generelles über biochemische und zellbiologische Prozesse in der Zelle lernen kann.

Ralf Neumann

Illustr.: amoebasisters.com

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Letzte Änderungen: 24.04.2020

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