Proteinbiosynthese

Proteinbiosynthese ist der Vorgang, wie in der Zelle an den Ribosomen Proteine (=Eiweiße) hergestellt werden. Das Wort „Protein“ kommt vom griechischen Wort proteos und bedeutet „von äußerster Wichtigkeit“.

Die Proteinbiosynthese ist ein biochemischer Prozess, bei dem in mehreren Schritten einfache Aminosäuren mit Informationen der DNA zu Proteinen und Enzymen synthetisiert werden. 

Der Ablauf dieses Prozesses ist wie folgt:

Transkription:

Zuerst wird „Vorarbeit“ geleistet: Ein benötigtes Gen wird während der sogenannten „Transkription“ abgelesen und mit Hilfe bestimmter Enzyme, der Transkriptasen in RNA umgeschrieben. Dabei unterscheidet man die mRNA, die messenger RNA, die eigentliche Kopie oder Vorlage des Gens, die tRNA, sie übersetzt in die Sprache der Proteine und der rRNA, der ribosomalen RNA.

In der DNA hat jeder Strang seinen Gegenstrang. Die Basen in beiden Strängen sind zueinander komplementär, das heißt Adenin (A)liegt immer gegenüber von Thymian (T), Guanin (G) liegt immer gegenüber von Cytosin. Wird nun die DNA in eine RNA umgeschrieben, funktioniert das ähnlich. Die RNA ist zwar nur einsträngig, aber immer wenn in der DNA ein G Vorkommt, wird in der RNA ein C eingebaut. Kommt ein C vor, wird ein G eingebaut. Ist ein T in der DNA wird A eingebaut. Die RNA benutzt anstelle von Thymian die Base Uracil (U). Das heißt, immer wenn in der DNA ein A übersetzt werden muss, schreibt man in die RNA statt T ein U.

Beginnt nun ein Gen mit „TAC“ so wird das Triplett wie folgt in die RNA übersetzt: „AUG“.

Die „fertig synthetisierte RNA  wandert nun aus dem Zellkern in Zellplasma. die mRNA lagert sich am Ribosom an, die tRNA verbindet sich mit einer passenden Aminosäure und „wartet“ auf ihren Einsatz.

Nun beginnt die Translation:

Schritt eins ist die Aktivierung der Aminosäuren und die Bildung von Aminocryl-tRNA.

tRNA (=Transfer RNA) sind kurze RNA Moleküle und haben die Aufgabe, „die Sprache der Gene“ in die „Sprache der Proteine“ zu übersetzen. 

Es werden circa 20 proteinogene Aminosäuren aktiviert und mit der tRNA verestert. Dies passiert durch die Aminoacyl-tRNA-Synthetasen im Zytoplasma. Eine Aminoacyl-tRNA-Synthetase ist eine Gruppe von Enzymen, die für eine bestimmte Aminosäure vorgesehen ist. 

Das heißt jede tRNA kann nur mit einer ganz bestimmten Aminosäure (die Aminosäuren stammen aus der Nahrung und befinden sich frei im Zellplasma) verbinden.

Schritt zwei ist die Kettenbildung und die Bindung an Ribosomen-Untereinheiten.

Die mRNA und die erste Aminoacyl-tRNA binden sich an eine 30S-Ribosomen-Untereinheit. Die tRNA hat an ihrer „Unterseite“ (=Anticodon)ein Triplett, das komplementär zu einem bestimmten Triplett auf der RNA ist.

Die mRNA beginnt immer mit dem Startcodon oder dem Startkommando „AUG“. Da Adedosin (A) und Uracil (U) komplementär sind und auch Granin (G) und Cytosin (C) hat die erste tRNA an ihrer „Unterseite“ das Triplett UAC. Diese tRNA mit „UAC“ an der Unterseite bindet sich nur mit der Aminosäure Methionin.

Ein Ausgangskomplex wird gebildet, an dem sich die 50S-Ribosomen-Untereinheit anlagert. Die erste Aminoacyl-tRNA beginnt den Prozess als N-Acyl-Derivat (eben die tRNA, welche mit Methionin „beladen“ ist. 

Schritt drei ist die Kettenverlängerung. 

Die Peptidketten werden durch die Anlagerung von Aminoacyl-Resten verlängert. Die Aminoacyl-Reste werden von Aminoacyl-tRNA-Estern übertragen, die durch den Code in der mRNA bestimmt werden. Nehmen wir an, das nächste Triplett nach AUG wäre UUC. Die passende tRNA hätte an ihrer „Unterseite“ die Basenfolge AAG. tRNA Moleküle mit diesem Anticodon binden an Phenylalanin. Somit wäre die zweite Aminosäure Phenylalanin. Die zweite Aminosäure wird nun noch mit der ersten verknüpft. Die mRNA (das Förderband) rutscht weiter und die nächste tRNA kann sich an das nächste Triplett anlegen.

Schritt vier ist die Kettenablösung und Ablösung vom Ribosom.

Die Polypeptidkette wird durch geeignete Abschlusssignale der mRNA abgeschlossen. Diese Abschlusssignale sind besondere Stopcodons. (UAA, UAG, UGA). Die Ablösung der Polypeptid-tRNA vom Ribosom wird durch die Erreichung des Abschluss-Codons von einem bestimmten Proteinfaktor veranlasst. Die Esterbindung zwischen dem Polypeptid und der tRNS wird hydrolytisch gespalten. Das 70S-Ribosom ist frei und kann einen neuen Zyklus eingehen. 

Die Zusammensetzung, der Aufbau und die Funktion des Proteins oder des Enzyms sind im Erbgut codiert und mithilfe der Proteinbiosynthese kann in Zellen Protein produziert werden. Diese Proteine unterscheiden sich in der Abfolge der Anordnung der Aminosäuren. 

Nur einer der beiden Stränge enthält den Code für ein Gen, das Gegenstück dient als Stabilisierung und zum Schutz vor chemischer Zersetzungsprozesse. An einer bestimmten Stelle wird das Doppelhelix entwunden und die Basenpaare werden getrennt. Für diesen Vorgang werden Nukleotide benötigt. Diese bestehen aus Zucker, Phosphat und Base. 

Um ablesen zu können, welches tRNA Molekül welche Aminosäure bindet oder anders, welches Basentriplett auf der RNA in welche Aminosäure umgeschrieben wird gibt es sogenannte Gensonnen. Man liest die Basentripletts von innen nach außen ab (z.B. AUG) und liest ab, welche Aminosäure am „Ende“ des Triplett steht, ins Falle von AUG bedeutet das Startcodon, Methionin.

 

Proteinbiosynthese

Proteinbiosynthese

http://flexikon.doccheck.com/de/Proteinbiosynthese

https://abitur-wissen.org/index.php/biologie/genetik/35-genetik-proteinbiosynthese-transskription-und-translation

https://www.br.de/telekolleg/faecher/biologie/biologie-08-genetik104.html

Tia Weigl, 5HIA, HLMW9, 2018

1. Was versteht man unter Transkription?

 
 
 
 

2. Was versteht man unter Translation?

 
 

3. Welches Gegenstück muss die erste tRNA haben, die am Startcodon „AUG“ mit ihrem Anticodon „andockt“?

 
 
 
 

4. Wie lautet der Gegenstrang eines DNA Tripletts, lautend „TAC“?

 
 
 
 

5. Welche RNA dient als Bote, dient als „Vorlage“ bzw. einer „Kopie“ eines Gens?

 
 
 

6. Wo in der Zelle passiert die Proteinbiosynthese?

 
 
 
 

7. Woraus bestehen Proteine?

 
 
 
 

8. Welche organische Base wird in der RNA nicht verbaut?

 
 
 
 

9. Aus wie vielen verschiedene Aminosäuren bestehen Proteine?

 
 
 
 

10. Wie lautet ein Stoppsignal der DNA, die einen Kettenabbruch auslöst?

 
 
 
 
 

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