Bei Eukaryoten ist die Proteinbiosynthese räumlich und zeitlich getrennt: Transkription im Zellkern, Translation im Cytoplasma. Außerdem wird die prä-mRNA umfangreich prozessiert, bevor sie aus dem Kern exportiert wird. Diese Trennung erlaubt eine deutlich differenziertere Regulation als bei Bakterien.
Die RNA-Polymerase II erkennt mit Hilfe allgemeiner Transkriptionsfaktoren (TFIID, TBP) die TATA-Box im Promotor (etwa 25 bp vor dem Startpunkt). Sie synthetisiert ausgehend vom codogenen Strang eine komplementäre prä-mRNA. Eukaryotische Gene besitzen Exons (codierend) und Introns (nicht codierend).
Drei wichtige Modifikationen verwandeln prä-mRNA in reife mRNA:
1. 5′-Capping: Anhängen einer 7-Methylguanosin-Kappe; schützt vor Exonukleasen und vermittelt die Bindung an das Ribosom.
2. Spleisen: Das Spleissosom (snRNPs aus snRNA und Proteinen) erkennt Introngrenzen, schneidet Introns heraus und verbindet die Exons. Durch alternatives Spleisen entstehen aus einem Gen mehrere Proteinvarianten.
3. Polyadenylierung: Anhängen eines Poly(A)-Schwanzes (ca. 200 Adenosine) am 3′-Ende; stabilisiert die mRNA und reguliert ihren Export.
Die reife mRNA verlässt über Kernporen den Zellkern. Im Cytoplasma binden 40S- und 60S-Untereinheiten zu einem 80S-Ribosom. Die Translation läuft in drei Phasen:
• Initiation: 40S-Untereinheit bindet die Cap-Struktur, scannt bis zum AUG-Startcodon, Met-tRNA dockt an.
• Elongation: tRNAs liefern Aminosäuren, das Ribosom verknüpft sie zu einer Polypeptidkette.
• Termination: Stopcodon (UAA, UAG, UGA) wird durch Release Factor erkannt, das fertige Polypeptid freigesetzt.
Eukaryotische Proteine werden häufig nachträglich modifiziert: Glykosylierung im ER und Golgi-Apparat, Phosphorylierung, Acetylierung, Spaltung in Untereinheiten, Faltung mithilfe von Chaperonen. Erst diese Modifikationen machen ein Protein voll funktionsfähig.
• Prokaryoten: 70S-Ribosom, keine Introns, ko-transkriptionale Translation, monocistronisch oder polycistronisch (Operons).
• Eukaryoten: 80S-Ribosom, Introns, Spleisen, getrennte Kompartimente, ausschließlich monocistronisch.
Spleisen findet bei Eukaryoten vor dem Export der mRNA statt, nicht im Cytoplasma. Die TATA-Box ist Teil des Promotors, nicht ein Exon.
Zusammenfassung: Eukaryotische Proteinbiosynthese: Transkription mit RNAPol II → prä-mRNA → Capping/Spleisen/Poly-A → Export → Translation am 80S-Ribosom → posttranslationale Modifikation.
Abitur-Tipp: Im Hessen-Abi werden gerne Tabellen Prokaryoten/Eukaryoten gefordert. Zeichne dir die drei Prozessierungsschritte ein und vergiss alternatives Spleisen nicht.