Warum gibt es sowohl Stopp- als auch Startcodons?

Start- und Stoppcodons sind Anweisungen für das Ribosom, die Proteinsynthese zu starten bzw. zu stoppen.

Die Region zwischen Start- und Stoppcodon (einschließlich dieser) wird als ORF (offener Leserahmen) oder manchmal als CDS (Coding Sequence) bezeichnet.

Warum benötigt das Ribosom explizite Anweisungen für Start und Stopp?

Das Ribosom erkennt eine RNA als mRNA, wenn sie bestimmte Merkmale aufweist. In Bakterien und anderen Prokaryoten gibt es eine Region auf der mRNA, die als Ribosomenbindungsstelle (RBS) bezeichnet wird und bei der anfänglichen Rekrutierung des Ribosoms hilft. In Eukaryoten gibt es Kozak-Konsensussequenzen , die bei der Identifizierung einer Startstelle helfen. Wenn das Ribosom auf ein AUGCodon trifft, finden die Initiationsreaktionen statt (es gibt einige Proteine, sogenannte Initiationsfaktoren , die bei diesem Prozess helfen). Das Ribosom bewegt sich einfach weiter entlang der mRNA und produziert ein Polypeptid, es sei denn, es trifft auf ein Stoppcodon. Wenn dies der Fall ist, kommen andere Proteine ​​ins Spiel, die als Freisetzungsfaktoren bezeichnet werden und das Ribosom von der mRNA lösen.

Was ist mit einem zweiten AUGCodon?

Wenn das Ribosom AUGnach dem Start auf ein anderes Codon trifft, würde es es als Codon für Methionin betrachten. Es gibt jedoch Situationen, in denen der zweite AUGals alternativer Startort fungieren kann. Einzelheiten finden Sie in diesem Papier .

Warum ist das Stopcodon essentiell?

Sie können sich eine Situation vorstellen, in der das Ribosom einfach bis zum Ende der mRNA reicht – warum damit aufhören? Der Grund dafür ist, dass der 3'-Terminus der mRNA normalerweise regulatorische Regionen und vor allem Poly-A-Schwänze (in Eukaryoten) aufweist, die nicht translatiert werden sollten. Darüber hinaus signalisiert das Stoppcodon dem Ribosom, sich von der mRNA zu lösen. Wenn solche Prozesse nicht existierten, blieben die Ribosomen an der RNA hängen.

Wenn ich nur ein Stoppcodon hätte, würde das auch bedeuten, dass das nächste Codon ein Start war?

Nein. Denn Stoppcodon funktioniert nur, wenn die Übersetzung bereits begonnen hat. Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, dass dem Stoppcodon die 3'UTR folgt. Normalerweise kodiert in Bakterien eine einzelne mRNA für mehrere Proteine. Es gibt viele ORFs, die aneinandergereiht sind; solche mRNAs werden polycistronische mRNAs genannt . In diesen Fällen gibt es ein weiteres Startcodon ein paar Schritte vor einem vorherigen Stoppcodon.

Nicht die gesamte RNA soll in Proteine ​​übersetzt werden. Tatsächlich ist das meiste davon für die Regulierung und manchmal für unbekannte Zwecke bestimmt. Es gibt nichtkodierende Regionen vor dem Startcodon und nach dem Stopcodon. Daher die Notwendigkeit für beides.

Es ist wichtig, Start- und Stoppcodons zu haben, damit die molekulare Maschinerie der Zelle (Ribosom etc.) „weiß“, wo das eigentliche Transkript beginnt und endet. Dies ist besonders wichtig, da reife mRNA untranslatierte Regionen enthält, die von regulatorischer Bedeutung sind. Diese Regionen kommen auf beiden Seiten der kodierenden Sequenz namens 5' und 3'UTR (untranslatierte Region) vor, dann haben Sie auch die CAP-Region und den Poly-A-Schwanz, siehe die Abbildung unten (von hier ):

Sie wollen nur die kodierende Sequenz zwischen Start und Stopp in ein Protein übersetzen und um diese Grenzen zu erkennen, benötigen Sie einen spezifischen Marker. Hinter dem Stoppcodon steht eine nicht übersetzte Sequenz, nicht direkt das nächste Gen.

Darüber hinaus gibt es eine große Anzahl nicht-kodierender RNA- Spezies, wie miRNA, siRNA, lnRNA usw., die regulatorische Zwecke erfüllen, beim Spleißen, Replizieren usw. eine Rolle spielen. Diese sollen nicht in ein Protein übersetzt werden (dies würde wahrscheinlich die Ribosomen und würde auch immense Mengen an Energie kosten), da sie keine nützlichen Proteine ​​liefern würden.

Das Stoppcodon hilft nicht nur dabei, die Region für die Translation auf der mRNA zu definieren, sondern verhindert auch, dass Transkripte, die durch eine Mutation rasterverschoben wurden, in große Proteine ​​übersetzt werden, und hilft auch dabei, die mRNA für die Zerstörung zu markieren (unsinniger RNA-Zerfall). Dies liegt daran, dass ein Codon in einer zufälligen Sequenz eine Wahrscheinlichkeit von 3/64 hat, ein Stoppcodon zu sein, sodass es in einer Frame-verschobenen Gensequenz plötzlich viele gibt. Das vorzeitige Stoppcodon beendet die erste Translationsrunde vorzeitig, aber wenn noch eine Maschinerie zum Spleißen der mRNA vorhanden ist (sie befindet sich nicht am normalen Stoppcodon), wird die mRNA zerstört, sodass sie keine zusätzlichen mutierten Proteine ​​erzeugen kann .