Die Proteinbiosynthese nutzt die Erbinformationen aus der DNA, um Proteine herzustellen. Sie ist ein überlebenswichtiger Prozess für alle Lebewesen, da Proteine für die Ausprägung von Merkmalen verantwortlich sind und in allen biologischen Prozesse von Organismen eine Rolle spielen. Die Proteinbiosynthese teilt sich in zwei Abschnitte auf, der Transkription und der Translation. Die Herstellung eines Proteins ist der massgebende Schritt einer Merkmalsausprägung und markiert den Unterschied zwischen einem Gen und einem Merkmal. Auch der genetische Code hat einen Einfluss auf die Merkmalsausprägung.
Tipp: Schau Dir nochmal das Thema Gene an.
Der erste Teil der Proteinbiosynthese ist die Transkription und beginnt im Zellkern, hier befindet sich die DNA. In diesem Schritt wird ein, für das Protein spezifischer Teil der doppelsträngigen DNA, durch die RNA-Polymerase abgelesen und in eine einzelsträngige Kopie umgewandelt. Diese Kopie wird als messenger-RNA oder mRNA bezeichnet. Die mRNA funktioniert als Bote der genetischen Information. Sie kann den Zellkern verlassen und wird weiter verarbeitet.
Die mRNA wird weiter ins Cytoplasma zu den Ribosomen verlagert. Die Ribosomen sind der Ort, an dem die Basenabfolge der mRNA in Aminosäuren übersetzt wird. Die Abfolge der unterschiedlichen Aminosäuren ist abhängig von der Basenabfolge des Proteins. Ein weiteres Molekül, die transfer-RNA oder tRNA, vermittelt die passenden Aminosäuren zu der Basenabfolge auf der mRNA. Eine Kette von Aminosäuren entsteht, die sich letztlich vom Ribosom loslöst und zum fertigen Protein zusammenfaltet.
| | Transkription (Schritt 1) | Translation (Schritt 2) |
| Ort | Zellkern | Cytoplasma |
| Moleküle | DNA, m-RNA, RNA-Polymerase | m-RNA, t-RNA, Ribosom |
| Ablauf | Umwandlung von DNA in m-RNA | Übersetzung der m-RNA Basenabfolge in Aminosäuren, |
Als Merkmal werden die Gene beschrieben, die in Proteine umgewandelt werden. Viele Merkmale äussern sich im Erscheinungsbild von Lebewesen, auch Erbkrankheiten zählen als Merkmal.
Wenn ein Gen in ein Protein umgeschrieben wurde und in dem äusseren Erscheinungsbild eines Organismus ausgeprägt wird, spricht man von dem Gen als Merkmal. Es ist also der Zwischenschritt zur Herstellung eines Proteins, welches ein Gen von einem Merkmal unterscheidet.
Insulin ist ein wichtiges Protein im menschlichen Körper, das den Blutzuckerspiegel reguliert (Merkmal). Wenn der Blutzuckerspiegel im Körper steigt, wird in den Zellen der Bauchspeicheldrüse der DNA-Abschnitt, der die Information für den Zusammenbau von Insulin beträgt, kopiert. Es wird eine einzelsträngige m-RNA hergestellt (Transkription) und diese weiter zu Ribosomen gesendet, wo die passende Aminosäurekette hergestellt wird (Translation). Insulin wird dann ins Blut abgegeben.
Alle Proteine bestehen aus ihren Grundbausteinen, den Aminosäuren. Es gibt 20 Aminosäuren, die der Mensch mit der Nahrung aufnehmen muss. Die Zuordnung der Basensequenzen der DNA zu Aminosäuren wird als genetischer Code bezeichnet. Der genetische Code wird in der Proteinbiosynthese angewendet.
Eine Aminosäure kann aus 4 Basenpaare (Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin) gebildet. Der Code für eine Aminosäure besteht aus 3 Basen. Das ergibt 64 Möglichkeiten (43) zur Anordnung von 20 existierenden Aminosäuren. Meistens gibt es mehrere Codes, also unterschiedliche Basenkombinationen, die für dieselbe Aminosäure stehen. Die Abfolge der Basen in der DNA unterscheidet sich in einer Vielfalt von Lebewesen. Das führt zu der Herstellung unterschiedlicher Proteine, die zu der Ausprägung verschiedener Merkmale führt.
Die Codon-Sonne
Die Basenabfolge auf der m-RNA wird abgelesen, um daraus die Aminosäureabfolge herzuleiten, aus der ein Protein besteht. Ein Dreierpack aus Basen (Basen-Triplett) wird als Codon bezeichnet. Ein Codon stellt den Buchstaben-Code dar, der für eine Aminosäure steht. Die dritte Base eines Codons ist oft austauschbar und trotzdem wird dieselbe Aminosäure produziert. Zum Beispiel codieren beide Codes AGC und AGU für die Aminosäure Serin. (Der Code in der Codon-Sonne wird von Innen nach Aussen gelesen.)
Prokaryoten | |
Räumlichkeit | Transkription und Translation finden im Cytoplasma statt (keine räumliche Trennung). |
Ribosomen | Mehrere Ribosomen können an einem codogenen Strang binden bevor die Transkription beendet ist. |
Polymerase | Mehrere Polymerasen können auf einem codogenen Strang gleichzeitig binden. |
Gene | keine Introns, m-RNA |
Spleissen/alternatives Spleisse | Nein |
Geschwindigkeit | Schnell |
Eukaryoten | |
Räumlichkeit | Räumliche Trennung von Translation und Transkription durch Zellkernhülle. |
Gene | Introns (längerer codogener Strang), prä-m-RNA -> reife m-RNA. |
Spleissen/alternatives Spleissen | Ja |
Geschwindigkeit | Langsamer |
Die Transkription ist der erste Schritt der Proteinbiosynthese. Im Zellkern wird ein Abschnitt auf der doppelsträngigen DNA in einzelsträngige m-RNA umgewandelt.
Die Translation ist der zweite Schritt der Proteinbiosynthese. Im Zellplasma wird die Nukleotidsequenz der m-RNA an Ribosomen in die passenden Aminosäuren übersetzt. Das Ribosom setzt eine Aminosäurekette frei, die sich zum Protein faltet.
Die Proteinbiosynthese beschreibt den Prozess in dem Proteine hergestellt werden. Dabei wird aus der Nukleotidsequenz eines Gens die Aminosäurezusammensetzung eines Proteins hergeleitet und zusammengebaut.
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