Jede lebende Zelle enthält DNA, die aus vier Bausteinen besteht, die Nukleotide genannt werden. Die Nukleotidsequenz beschreibt Gene, die für die Proteine und RNA kodieren, die Zellen benötigen, um zu wachsen und sich selbst zu reproduzieren. Jeder DNA-Strang wird als einzelne Kopie pro Zelle beibehalten, während die auf einem Chromosom gefundenen Gene oft in viele RNA-Kopien transkribiert werden.
Drei Haupttypen von RNA
Zellen benötigen drei Haupttypen von RNA, um ihre biologischen Funktionen zu erfüllen: mRNA, tRNA und rRNA. Der Typ, der als Vorlage für die Proteinherstellung dient, ist mRNA, während tRNA und rRNA bei der Proteinsynthese helfen. Die zellulären Maschinen, die Proteine synthetisieren, werden Ribosomen genannt, und dies sind große Komplexe, die aus mehreren verschiedenen rRNA-Molekülen und mehr als 50 Proteinen bestehen. Wenn sich ein mRNA-Molekül mit einem Ribosom verbindet, passt die tRNA die mRNA-Vorlage mit den Aminosäuren an, aus denen ein Protein besteht. Die Aufgabe von rRNA besteht darin, bei der chemischen Reaktion zu helfen, Bindungen zwischen Aminosäuren herzustellen.
Zellen enthalten viele Ribosomen
Eine typische tierische Zelle enthält im Durchschnitt 8 bis 10 Milliarden Proteinmoleküle. Jedes Protein muss an einem Ribosom synthetisiert werden, daher ist offensichtlich eine große Anzahl von Ribosomen erforderlich. Eine sich schnell teilende Zelle kann bis zu 10 Millionen Ribosomen haben.
Ribosomen enthalten rRNA
Ribosomen bestehen aus zwei Teilen, sogenannten Untereinheiten, die um ein mRNA-Molekül herum zusammenkommen, um ein Protein zu synthetisieren. Die mehr als 50 Proteine in einem Ribosom geben dem Ribosom seine Form und Struktur. Diese Proteine sind um vier große rRNA-Moleküle herum organisiert, die auch der Ribosomenstruktur verleihen und die chemische Reaktion der Verbindung zweier Aminosäuren katalysieren. Ribosomen werden im Zellkern aufgebaut, in dem sich die DNA befindet. Innerhalb des Zellkerns wird rRNA von DNA transkribiert und zu Fragmenten verarbeitet, die zusammen mit Protein eingebaut werden, um Ribosomen zu bilden. Die fast fertigen Ribosomen werden aus dem Zellkern in das Zytoplasma der Zelle exportiert, wo ihr Zusammenbau abgeschlossen ist und sie dann mit der Übersetzung von mRNA in Protein beginnen können.
Transkription von rRNA
Um die bis zu 10 Millionen Ribosomen herzustellen, die eine Zelle benötigt, wird so viel rRNA benötigt, dass die rRNA-Gene hintereinander in Kopf-an-Schwanz-Manier auf der DNA wiederholt werden. In der DNA einer typischen tierischen Zelle befinden sich insgesamt etwa 100 Kopien der wichtigsten rRNA-Gene. Diese tandemartig wiederholten Gene werden benötigt, um den großen Bedarf an Ribosomen zu decken. Aber auch mit 100 Kopien dieser Gene müssen Zellen noch sehr viele Kopien der rRNA transkribieren, um die benötigten Ribosomen herzustellen. Aus diesem Grund gibt es viele Kopien von rRNA für jede Kopie eines rRNA-Gens pro Zelle.