Hauptunterschied – mRNA vs. tRNA

Messenger-RNA (mRNA) und Transfer-RNA (tRNA) sind zwei Arten von Haupt-RNAs, die bei der Proteinsynthese funktionieren. Proteinkodierende Gene im Genom werden durch das RNA-Polymerase-Enzym in mRNAs transkribiert. Dieser Schritt ist der erste Schritt in der Proteinsynthese und wird als Proteincodierung bezeichnet. Diese Protein-kodierte mRNA wird an den Ribosomen in Polypeptidketten translatiert. Dieser Schritt ist der zweite Schritt der Proteinsynthese und wird als Proteindecodierung bezeichnet. Die tRNAs sind die Träger spezifischer Aminosäuren, die in der mRNA kodiert sind. Die Hauptunterschied zwischen mRNA und tRNA ist das mRNA dient als Bote zwischen Genen und Proteinen, während tRNA die angegebene Aminosäure ins Ribosom transportiert, um die Proteinsynthese abzuwickeln.

Dieser Artikel erklärt,

1. Was ist mRNA – Struktur, Funktion, Synthese, Abbau 2. Was ist tRNA – Struktur, Funktion, Synthese, Abbau 3. Was ist der Unterschied zwischen mRNA und tRNA?

Was ist mRNA

Die Boten-RNA ist eine Art von RNA, die in Zellen vorkommt, die die Protein-kodierenden Gene kodieren. Die mRNA gilt als Träger der Botschaft eines Proteins in das Ribosom, das die Proteinsynthese erleichtert. Protein-kodierende Gene werden durch das Enzym RNA-Polymerase während des als Transkription bekannten Vorgangs, der im Zellkern stattfindet, in mRNAs transkribiert. Das der Transkription folgende mRNA-Transkript wird als primäres Transkript oder Prä-mRNA bezeichnet. Das primäre Transkript der mRNA erfährt posttranskriptionelle Modifikationen innerhalb des Zellkerns. Die reife mRNA wird zur Translation in das Zytoplasma freigesetzt. Transkription gefolgt von Translation ist das zentrale Dogma der Molekularbiologie, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Zentrales Dogma der Molekularbiologie

mRNA-Struktur

Die mRNA ist ein lineares, einzelsträngiges Molekül. Eine reife mRNA besteht aus einer kodierenden Region, untranslatierten Regionen (UTR), einem 5'-Cap und einem 3'-Poly-A-Schwanz. Die kodierende Region der mRNA enthält eine Reihe von Codons, die zu den proteinkodierenden Genen im Genom komplementär sind. Die kodierende Region enthält ein Startcodon, um die Translation zu initiieren. Das Startcodon ist AUG, das die Aminosäure Methionin in der Polypeptidkette spezifiziert. Die vom Startcodon gefolgten Codons sind für die Bestimmung der Aminosäuresequenz der Polypeptidkette verantwortlich. Die Translation endet am Stopcodon. Für das Ende der Translation sind die Codons UAA, UAG und UGA verantwortlich. Abgesehen von der Bestimmung der Aminosäuresequenz des Polypeptids sind einige Regionen der kodierenden Region der prä-mRNA auch an der Regulierung der prä-mRNA-Prozessierung beteiligt und dienen als exonische Splicing-Enhancer/Silencer.

Die Regionen der mRNA, die früher und später zur kodierenden Region gefunden wurden, werden als bezeichnet 5′ UTR und 3′ UTR, bzw. Die UTRs kontrollieren die mRNA-Stabilität durch Variieren der Affinität für RNase-Enzyme, die die RNAs abbauen. Die mRNA-Lokalisierung erfolgt im Zytoplasma durch die 3'-UTR. Die Translationseffizienz von mRNA wird durch die an die UTRs gebundenen Proteine ​​bestimmt. Genetische Variationen in der 3'-UTR-Region führen zur Krankheitsanfälligkeit durch Veränderung der Struktur der RNA und der Proteintranslation.

Abbildung 2: Struktur der reifen mRNA

Die 5'-Kappe ist ein modifiziertes Nukleotid von Guanin, 7-Methylguanosin, das über eine 5'-5'-Triphosphatbindung bindet. Der 3'-Poly-A-Schwanz besteht aus mehreren Hundert Adeninnukleotiden, die an das 3'-Ende des mRNA-Primärtranskripts hinzugefügt wurden.

Die eukaryontische mRNA bildet eine zirkuläre Struktur, indem sie mit dem Poly-A-Bindungsprotein und dem Translationsinitiationsfaktor eIF4E interagiert. Sowohl eIF4E- als auch poly-A-Bindungsproteine ​​binden an den Translationsinitiationsfaktor eIF4G. Diese Zirkulation fördert eine zeiteffiziente Translation, indem das Ribosom auf dem mRNA-Kreis zirkuliert. Die intakten RNAs werden ebenfalls translatiert.

Abbildung 3: Der mRNA-Kreis

Synthese, Verarbeitung und Funktion von mRNA

Die mRNA wird während des Ereignisses synthetisiert, das als. bekannt ist Transkription, das ist der erste Schritt des Prozesses der Proteinsynthese. Das an der Transkription beteiligte Enzym ist die RNA-Polymerase. Die Protein-kodierenden Gene werden in das mRNA-Molekül kodiert und zur Translation in das Zytoplasma exportiert. Nur die eukaryontische mRNA durchläuft die Prozessierung, die aus prä-mRNA eine reife mRNA erzeugt. Drei Hauptereignisse treten während der prä-mRNA-Prozessierung auf: 5′-Cap-Addition, 3′-Cap-Addition und Ausspleißen von Introns.

Das Hinzufügen von 5′ Kappe erfolgt co-transkriptionell. Die 5'-Kappe dient als Schutz vor RNasen und ist entscheidend für die Erkennung von mRNA durch Ribosomen. Das Hinzufügen von 3′ Poly-A-Schwanz/Polyadenylierung erfolgt unmittelbar nach der Transkription. Der Poly-A-Schwanz schützt die mRNA vor RNasen und fördert den Export von mRNA aus dem Zellkern in das Zytoplasma. Eukaryotische mRNA besteht aus Introns zwischen zwei Exons. Somit werden diese Introns beim Spleißen aus dem mRNA-Strang entfernt. Einige mRNAs werden bearbeitet, um ihre Nukleotidzusammensetzung zu ändern.

Übersetzung ist das Ereignis, bei dem die reifen mRNAs dekodiert werden, um eine Aminosäurekette zu synthetisieren. Die prokaryontischen mRNAs besitzen keine posttranskriptionellen Modifikationen und werden in das Zytoplasma exportiert. Die prokaryontische Transkription findet im Zytoplasma selbst statt. Daher wird davon ausgegangen, dass die prokaryontische Transkription und die Translation gleichzeitig stattfinden, wodurch die für die Proteinsynthese benötigte Zeit verkürzt wird. Die reifen eukaryontischen mRNAs werden direkt nach ihrer Verarbeitung aus dem Zellkern in das Zytoplasma exportiert. Die Translation wird durch die Ribosomen erleichtert, die entweder im Zytoplasma frei schweben oder in Eukaryoten an das endoplasmatische Retikulum gebunden sind.

mRNA-Abbau

Prokaryontische mRNAs haben im Allgemeinen eine vergleichsweise lange Lebensdauer. Aber eukaryotische mRNAs sind kurzlebig und ermöglichen die Regulation der Genexpression. Prokaryontische mRNAs werden durch verschiedene Arten von Ribonukleasen abgebaut, einschließlich Endonukleasen, 3'-Exonukleasen und 5'-Exonukleasen. RNase III baut kleine RNAs während der RNA-Interferenz ab. RNase J baut auch prokaryontische mRNA von 5' nach 3' ab. Eukaryontische mRNAs werden nach der Translation entweder nur durch den Exosomenkomplex oder den Entkappungskomplex abgebaut. Eukaryotische untranslatierte mRNAs werden durch Ribonukleasen nicht abgebaut.

Was ist tRNA

tRNA ist die zweite Art von RNA, die an der Proteinsynthese beteiligt ist. Die Anticodons werden einzeln von den tRNAs getragen, die zu einem bestimmten Codon auf der mRNA komplementär sind. tRNA trägt durch die Codons der mRNA bestimmte Aminosäuren in die Ribosomen. Das Ribosom erleichtert die Bildung von Peptidbindungen zwischen den vorhandenen und eingehenden Aminosäuren.

tRNA-Struktur

Die tRNA besteht aus Primär-, Sekundär- und Tertiärstrukturen. Die Primärstruktur ist ein lineares tRNA-Molekül. Es ist etwa 76 bis 90 Nukleotide lang. Die Sekundärstruktur ist kleeblattförmige Struktur. Die Tertiärstruktur ist eine L-förmige 3D-Struktur. Die Tertiärstruktur der tRNA ermöglicht es, dass sie sich an das Ribosom anpasst.

Abbildung 4: Die mRNA-Sekundärstruktur

Die tRNA-Sekundärstruktur besteht aus einer 5'-terminalen Phosphatgruppe. Das 3′-Ende des Akzeptorarms enthält den CCA-Schwanz, der an die Aminosäure gebunden ist. Die Aminosäure ist durch das Enzym Aminoacyl-tRNA-Synthetase mit der 3'-Hydroxylgruppe des CCA-Schwanzes verbunden. Mit Aminosäuren beladene tRNA ist als Aminoacyl-tRNA bekannt. Der CCA-Schwanz wird während der Verarbeitung der tRNA hinzugefügt. Sekundärstruktur-tRNA besteht aus vier Schleifen: D-Schleife, T C-Schleife, variable Schleife und die Anticodon-Schleife. Die Anticodon-Schleife enthält das Anticodon, das komplementär mit dem Codon der mRNA innerhalb des Ribosoms gebunden ist. Die Sekundärstruktur der tRNA wird durch koaxiales Stapeln der Helices zu ihrer Tertiärstruktur. Die Tertiärstruktur der Aminoacyl-tRNA ist in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5: Aminoacyl-tRNA

Funktionen von tRNA

Ein Anticodon besteht aus einem Nukleotidtriplett, das in jedem tRNA-Molekül einzeln enthalten ist. Es ist zur Basenpaarung mit mehr als einem Codon durch Wobble-Basenpaarung fähig. Das erste Nukleotid des Anticodons wird durch das Inosin ersetzt. Das Inosin kann mit mehr als einem spezifischen Nukleotid im Codon Wasserstoffbrückenbindungen eingehen. Anticodon befindet sich in der 3'- bis 5'-Richtung, um mit dem Codon eine Basenpaarung zu bilden. Daher variiert das dritte Nukleotid des Codons im redundanten Codon, das dieselbe Aminosäure spezifiziert. Beispielsweise kodieren die Codons GGU, GGC, GGA und GGG für die Aminosäure Glycin. Somit bringt eine einzelne tRNA das Glycin für alle der oben genannten vier Codons. Einundsechzig verschiedene Codons können auf der mRNA identifiziert werden. Aufgrund der Wobble-Basenpaarung sind jedoch nur einunddreißig verschiedene tRNAs als Aminosäureträger erforderlich.

Die Translationsinitiationskomplex wird durch den Zusammenbau zweier ribosomaler Einheiten mit der Aminoacyl-tRNA gebildet. Die Aminoacyl-tRNA bindet an die A-Stelle und die Polypeptidkette bindet an die P-Stelle der großen Untereinheit des Ribosoms. Das Translationsinitiationscodon ist AUG, das die Aminosäure Methionin spezifiziert. Die Translation erfolgt durch die Translokation des Ribosoms auf der mRNA durch Ablesen der Codonsequenz. Die Polypeptidkette wächst durch Bildung von Polypeptidbindungen mit den ankommenden Aminosäuren.

Abbildung 6: Übersetzung

Neben seiner Rolle bei der Proteinsynthese spielt es auch eine Rolle bei der Regulation der Genexpression, metabolischer Prozesse, Priming der reversen Transkription und Stressreaktionen.

tRNA-Abbau

Die tRNA wird durch Anheften an eine zweite spezifische Aminosäure reaktiviert, nachdem ihre erste Aminosäure während der Translation freigesetzt wurde. Während der Qualitätskontrolle von RNA sind zwei Überwachungswege am Abbau von hypomodifizierten und missverarbeiteten prä-tRNAs und reifen tRNAs, denen Modifikationen fehlen, beteiligt. Die beiden Wege sind die nuklearen Überwachungswege und der schnelle tRNA-Zerfall (RTD)-Weg. Während der nuklearer Überwachungspfad, fehlmodifizierte oder hypomodifizierte prä-tRNAs und reife tRNAs werden einer 3'-Ende-Polyadenylierung durch den TRAMP-Komplex unterzogen und durchlaufen einen schnellen Umsatz. Es wurde zuerst in der Hefe Saccharomyces cerevisiae entdeckt. Die schneller tRNA-Zerfall (RTD)-Weg wurde zuerst im mutierten Hefestamm trm8∆trm4∆ beobachtet, der temperaturempfindlich ist und dem tRNA-Modifikationsenzyme fehlen. Die meisten tRNAs werden unter normalen Temperaturbedingungen korrekt gefaltet. Aber Temperaturschwankungen führen zu hypomodifizierten tRNAs und sie werden durch den RTD-Weg abgebaut. Die tRNAs, die Mutationen im Akzeptorstamm sowie im T-Stamm enthalten, werden während des RTD-Wegs abgebaut.

Unterschied zwischen mRNA und tRNA

Name

mRNA: Das m steht für Bote; Boten-RNA

tRNA: Das t steht für Übertragung; Transfer-RNA

Funktion

mRNA: Die mRNA dient als Bote zwischen Genen und Proteinen.

tRNA: Die tRNA trägt die angegebene Aminosäure in das Ribosom, um die Proteinsynthese abzuwickeln.

Standort der Funktion

mRNA: Die mRNA funktioniert im Zellkern und im Zytoplasma.

tRNA: Die tRNA funktioniert im Zytoplasma.

Codon/Anticodon

mRNA: Die mRNA trägt eine Codonsequenz, die komplementär zur Codonsequenz des Gens ist.

tRNA: Die tRNA trägt ein Anticodon, das komplementär zum Codon auf der mRNA ist.

Kontinuität der Sequenz

mRNA: Die mRNA trägt eine Reihenfolge von sequentiellen Codons.

tRNA: Die tRNA trägt einzelne Anticodons.

Form

mRNA: Die mRNA ist ein lineares, einzelsträngiges Molekül. Manchmal bildet die mRNA die Sekundärstrukturen wie Haarnadelschleifen.

tRNA: Die tRNA ist ein L-förmiges Molekül.

Größe

mRNA: Die Größe hängt von der Größe der proteinkodierenden Gene ab.

tRNA: Es ist etwa 76 bis 90 Nukleotide lang.

Bindung an Aminosäuren

mRNA: Die mRNA bindet während der Proteinsynthese nicht an die Aminosäuren.

tRNA: Die tRNA trägt eine bestimmte Aminosäure, indem sie sich an ihren Akzeptorarm anheftet.

Schicksal nach Funktionieren

mRNA: Die mRNA wird nach der Transkription zerstört.

tRNA: Die tRNA wird reaktiviert, indem sie nach Freisetzung ihrer ersten Aminosäure während der Translation an eine für sie spezifische zweite Aminosäure gebunden wird.

Abschluss

Die Boten-RNA und die Transfer-RNA sind zwei Arten von RNAs, die an der Proteinsynthese beteiligt sind. Beide bestehen aus vier Nukleotiden: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). Proteinkodierende Gene werden während des als Transkription bekannten Prozesses in mRNAs kodiert. Die transkribierten mRNAs werden während des als Translation bezeichneten Prozesses mit Hilfe von Ribosomen in eine Aminosäurekette entschlüsselt. Die spezifizierten Aminosäuren, die für die Entschlüsselung von mRNAs in Proteine ​​benötigt werden, werden von verschiedenen tRNAs in das Ribosom transportiert. Einundsechzig verschiedene Codons können auf der mRNA identifiziert werden. Einunddreißig verschiedene Anticodons können auf verschiedenen tRNAs identifiziert werden, die die zwanzig essentiellen Aminosäuren spezifizieren. Daher besteht der Hauptunterschied zwischen mRNA und tRNA darin, dass mRNA ein Bote eines bestimmten Proteins ist, während tRNA ein Träger einer bestimmten Aminosäure ist.

Referenz:1.„Messenger-RNA.“ Wikipedia. N.p.: Wikimedia Foundation, 14. Februar 2017. Web. 5. März 2017.2.„Transfer RNA.“ Wikipedia. N.p.: Wikimedia Foundation, 20. Februar 2017. Web. 5. März 2017. 3. „Strukturelle Biochemie/Nukleinsäure/RNA/Transfer-RNA (tRNA) – Wikibooks, offene Bücher für eine offene Welt.“ n.d. Netz. 5. März 2017 4.Megel, C. et al. „Überwachung und Spaltung von eukaryotischen tRNAs“. International Journal of Molecular Sciences,. 2015, 16, 1873-1893; doi:10.3390/ijms16011873. Netz. Aufgerufen am 6. März 2017

Bildhöflichkeit: 1. „MRNA-Interaction“ – Original-Uploader: Sverdrup bei der englischen Wikipedia. (Public Domain) über Commons Wikimedia2. „Reife mRNA“ (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia3. „MRNAcircle“ Von Fdardel – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia4. „TRNA-Phe hefe de“ Von Yikrazuul – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia5. „Peptide syn“ Von Boumphreyfr – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia6. „Aminoacyl-tRNA“ Von Scientific29 – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia