Proteinbiosynthese

Die Proteinbiosynthese ist eines der größten Themen, die du in Biologie können musst. Gleichzeitig wird sie auch von vielen extrem gefürchtet. Aber keine Angst: simpleclub ist zur Stelle und erklärt dir alles Schritt für Schritt. Du packst das!

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Proteinbiosynthese einfach erklärt

All unsere Merkmale wie Augenfarbe, Haarfarbe, Körpergröße und so weiter sind in unserer DNA gespeichert. Die DNA ist also sowas wie ein Bauplan für unseren Körper. Die DNA selbst ist in ganz viele verschiedene Abschnitte unterteilt, wo jeder Abschnitt für die Herstellung eines bestimmten Proteins zuständig ist. Bei der Proteinbiosynthese werden diese Abschnitte ausgelesen, kopiert und in ein Protein übersetzt.

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Proteinbiosynthese Definition

Die Proteinbiosynthese ist dazu da, um Protein herzustellen.

Dafür werden die Erbinformationen der DNA in der Transkription umgeschrieben und in der Translation dann in Proteine übersetzt.

Bei Eukaryoten gibt es zwischen diesen beiden Phasen noch die RNA Prozessierung.

Proteinbiosynthese Ablauf

Aber wie läuft die Proteinbiosynthese genau ab? Das gehen wir mal Schritt für Schritt durch. Du solltest dir für den Ablauf der Proteinbiosynthese am Besten schon einmal die Stichwörter Transkription und Translation merken. Die sind nämlich super wichtig!

H4 Transkription und Translation

Die Proteinbiosynthese lässt sich grob in zwei Teile einteilen. Die Transkription und die Translation. Bei Prokaryoten gibt es darüber hinaus noch die RNA Prozessierung.

Transkription

Die Transkription ist der erste Teil der Proteinbiosynthese. Hier wird die Erbinformation der DNA in die sogenannte mRNA umgeschrieben.

mRNA ist eine Abkürzung für messenger RNA, also eine RNA, die wie ein Bote die Erbinformation, also quasi den Bauplan für unsere Proteine, an den richtigen Ort bringt. Die DNA ist nämlich sehr empfindlich und würde außerhalb des Zellkerns, wo die Proteine hergestellt werden sollen, womöglich zerstört werden. Deshalb wird die DNA dann einfach in eine mRNA abgeschrieben.

Die DNA ist also das Original, die mRNA die Kopie. Die getragene Information bleibt aber dieselbe.

Das Ganze wird von einem Enzym namens RNA-Polymerase gemacht. Natürlich wird aber nicht die ganze DNA in mRNA umgewandelt. Es wird nur der Abschnitt umschrieben, der die Informationen für ein bestimmtes Protein enthält. Dafür gibt es auf der DNA eine Startsequenz (Promotor) und eine Stoppsequenz (Terminator), die der Polymerase zeigt, wo sie anfangen und wo aufhören soll.

Wie du vielleicht bereits weißt, ist die DNA in der Form einer Doppelhelix aufgebaut, mit zwei antiparallelen, also entgegengesetzt laufenden, Strängen.

Doch wie genau läuft die Transkription jetzt ab? Die Transkription ist nochmal in Initiation, Elongation und Termination eingeteilt.

Initiation

• Die RNA-Polymerase bindet an die Promotor-Sequenz, hier beginnt die Transkription
• Die DNA wird entwunden & blasenartig geöffnet
  

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Elongation

• Der Codogene Strang (der Strang, der die Informationen der Erbsubstanz enthält) wird von 3’ nach 5’ Richtung abgelesen
• Der mRNA-Einzelstrang wird dann von 5’ nach 3’ Richtung gebildet
• Das passiert, indem die Polymerase an jede Base die komplementäre Base gegenüber setzt und so die passenden Nukleotide zusammensetzt
  

Es gehören immer zwei Basen zusammen. Das Ganze kannst du mit dem Genetischen Code und der Gensonne ablesen.

Die komplementären Basen bei der mRNA sind:

• Guanin & Cytosin
• Adenin & Uracil (nicht wie sonst Thymin)Termination

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Termination

• Polymerase liest Terminator-Sequenz ab
• Polymerase löst sich
• DNA schließt und windet sich wieder

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Da Prokaryoten keinen Zellkern besitzen, findet bei ihnen die Transkription einfach im Cytoplasma und nicht wie bei den Eukaryoten im Zellkern statt.

Ergebnis: einsträngige mRNA-Sequenz

Am Ende hast du also einen Abschnitt von der mRNA, mit dem du dann im Folgenden Proteine herstellen kannst. Du hast einfach die Information der DNA kopiert.

H5 RNA Prozessierung

Bei der RNA Prozessierung wird die fertige mRNA nochmal modifiziert. Das passiert zwischen der Transkription und der Translation.

Die RNA Prozessierung passiert nur bei Eukaryoten!

Die RNA Prozessierung sorgt für:

• Schutz vor enzymatischem Abbau
• Regulation der Lebensdauer einer mRNA
• Entfernen funktionsloser DNA-Abschnitte
• Vielfalt der synthetisierbaren Proteine
• Erkennung der mRNA für die Translation

H6 Capping

• an das 5’ -Ende der mRNA wird ein modifiziertes Guanin-Nukleotid gehangen
• Erkennungszeichen zur Anheftung an das Ribosom & Schutz vor Abbau

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Polyadenylierung

• an das 3’ -Ende der mRNA wird ein ein Poly-A-Schwanz (Adenin-Nukleotidkette) angehangen
• Schutz vor Abbau & Regulation der Lebensdauer
  

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Editing

• an das 5’ -Ende der mRNA wird ein modifiziertes Guanin-Nukleotid gehangen
• Die Änderung der Nukleotidsequenz erhöht die Proteinvielfalt

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Spleißen

• funktionslose Abschnitte (Introns) werden entfernt
• die wichtigen Abschnitte (Exons) werden zusammengefügt

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-> eukaryotische Gene sind Mosaikgene und bestehen aus Introns (nicht-codierend) und Exons (codierend).

Alternatives Spleißen: Erhöhung der Genvielfalt durch beliebige Aneinanderreihung oder Auslassen von Exons.

Translation

Die Translation ist der Part der Proteinbiosynthese, wo aus der fertigen mRNA, also der Kopie unseres Erbgutes, schlussendlich wirklich Proteine hergestellt werden. Die eigentliche Proteinbiosynthese erfolgt also erst in der Translation.

Das Ganze findet an den Ribosomen der Zellen statt.

Die bestehen aus zwei Untereinheiten: Der untere Teil ist für das Einfädeln und Binden der mRNA zuständig. Der große Teil ist für die wirkliche Translation da. Dieser hat außerdem drei Bindungsstellen. Die werden gleich noch wichtig

Die Translation selbst ist wieder in drei verschiedene Phasen eingeteilt: Initiation, Elongation und Termination. Hier werden immer 3 Basen der mRNA (auch Basentriplett oder Codon genannt) in eine Aminosäure übersetzt. Welche das ist, erfährst du mit dem genetischen Code und der Gensonne. Die fertigen Aminosäuren werden zusammengefügt, damit sie am Ende eine Polypeptidkette bilden. Das ist nichts anderes als ein Protein.

Das Zusammenfügen tun sie mitlhilfe von Adaptermolekülen, sogenannte tRNA’s. Die binden auf der einen Seite an die mRNA mit dem passenden Anticodon und hängen an die andere Seite die passende Aminosäure an.

Kurz: Die tRNA hat für jedes Basentriblett/ Codon der mRNA eine passende Aminosäure.

Hier mal Schritt für Schritt wie die Translation abläuft:

Initiation

• mRNA bindet an das Ribosom
• Das Ribosom erkennt ein Startcodon und führt die passende tRNA an die P-Stelle an.
• Ein weiteres tRNA-Molekül mit komplementären Anticodon lagert sich an die A-Stelle an

Elongation

• Nun wandert das Triplett weiter, sodass das Anfangstriblett von der P-Stelle nun auf der E-Stelle ist und das von der A-Stelle auf der P-Stelle
• Die Aminosäure von der tRNA an der P-Stelle löst sich nun und bindet an die Aminosäure an der A-Stelle
• An der P-Stelle entsteht so eine wachsende Polypeptidkette, also eine Kette von vielen Aminosäuren
• Die leeren tRNA-Moleküle in der E-Stelle lösen sich
• Das Ribosom klappert so Codon für Codon ab, bis die entstandene Peptidkette ein Protein bildet
  

Termination

• Irgendwann erkennt das Ribosom ein Stopcodon, für das es kein tRNA-Molekül mit passender Aminosäure gibt
• Wenn so ein Stopcodon abgelesen wird, zerfällt das Ribosom und gibt das Polypeptid frei

Am Ende der Translation wurde also aus einer mRNA-Sequenz ein fertiges Polypeptid bzw. ein Protein synthetisiert. Das wird dann ins Cytoplasma freigesetzt. An den fertigen Proteinen wird dann in der posttranslationalen Modifikation noch ein bisschen herumgedoktert. Die entstehenden Proteine können alle möglichen Funktionen haben und entweder in der Zelle bleiben oder auch woanders hingeschickt werden.

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Genetischer Code & Gensonne

Die Codesonne, oft auch Gensonne genannt, ist eine schematische Darstellung zur Übersetzung des genetischen Codes. Sie zeigt, welche Aminosäuren zu welchem Basentriplett/Codon passt.

Mit der Gensonne kann man den genetischen Code in die entsprechenden Aminosäuren übersetzen.

Eigenschaften des genetischen Codes

• Lesen von 5’ nach 3’ Richtung (vom Inneren der Sonne nach außen)
• Triplett-Code (3 Basen codieren für eine Aminosäure)
• Kommafrei (lückenlose Aneinanderreihung der Tripletts)
• Nicht überlappend (eine Base gehört zu einem Triplett = es gibt ein Leseraster)
• Degeneriert (jedes Basentriplett codiert nur eine Aminosäure, aber eine Aminosäure kann durch mehrere Tripletts codiert sein)
• Universell (er gilt für (fast) alle Lebewesen)

• Startcodon = AUG (ergibt Methionin)
• Soppcodon = UAA, UAG, UGA

Beispiele

Jan hat zwei DNA-Stränge, deren Erbinformation auf eine mRNA überschrieben wird. Sein genetischer Code kann jetzt in eine Abfolge von Aminosäuren übersetzt werden:

Proteinbiosynthese Zusammenfassung

‍Definition: Die Proteinbiosynthese ist dazu da, um Protein herzustellen. Dafür werden die Erbinformationen der DNA in der Transkription umgeschrieben und in der Translation dann in Protein übersetzt. Bei Eukaryoten gibt es dazwischen noch die RNA Prozessierung.

Ablauf:

Transkription

• Die RNA-Polymerase bindet an die Promotor-Sequenz, DNA wird entwunden & blasenartig geöffnet

• Der Codogene Strang wird von 3’ nach 5’ Richtung abgelesen & der mRNA-Einzelstrang von 5’ nach 3’ Richtung gebildet
• Polymerase setzt an jede Base die komplementäre Base gegenüber mit den passenden Nukleotiden

• Polymerase liest Terminator-Sequenz ab, Polymerase löst sich, DNA schließt und windet sich wieder

RNA Prozessierung

Capping

• an das 5’ -Ende der mRNA wird ein modifiziertes Guanin-Nukleotid gehangen
• Erkennungszeichen für Ribosom & Schutz vor Abbau

Polyadenylierung

• an das 3’ -Ende der mRNA wird ein ein Poly-A-Schwanz (Adenin-Nukleotidkette) angehangen
• Schutz vor Abbau & Regulation der Lebensdauer

Editing

• modifiziertes Guanin-Nukleotid an 5’ -Ende der mRNA
• Erhöhung der Proteinvielfalt

Spleißen

• funktionslose Abschnitte (Introns) werden entfernt & die wichtigen Abschnitte (Exons) werden zusammengefügt
• Erhöhung der Genvielfalt

Translation

• mRNA bindet an Ribosom, das erkennt ein Startcodon und führt die passende tRNA an die P-Stelle an.
• Ein weiteres tRNA-Molekül mit komplementären Anticodon lagert sich an die A-Stelle an
• Nun wandert das Triplett weiter
• Aminosäure von tRNA an der P-Stelle löst sich und bindet an die Aminosäure an der A-Stelle
• Die leeren tRNA-Moleküle in der E-Stelle lösen sich
• Irgendwann erkennt das Ribosom ein Stopcodon, für das es kein tRNA-Molekül mit passender Aminosäure gibt, das Ribosom zerfällt und gibt das Polypeptid frei
  
  

Lerntipps Proteinbiosynthese

Die Proteinbiosynthese ist einer der größten Themen in der Oberstufe. Alles, was du im Thema der Genetik machst, baut darauf auf. Je besser du die Proteinbiosynthese als kannst, desto leichter wirst du dir auch im Abitur tun.

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Zu allen Punkten gibt es interaktive Übungsaufgaben. Die fangen erst leicht an und werden dann immer schwerer. Du musst selbst eine komplementäre mRNA-Sequenz bilden, die Abläufe der Translation und Transkription beschreiben und die Gensonne lesen.

So bist du perfekt trainiert und vorbereitet auf deine nächste Prüfung.

Und das ohne Stress und mit Spaß an der Sache.

So machen wir dich Schritt für Schritt zum Proteinbiosynthese-Profi!  

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