Proteinbiosynthese
Was genau die Proteinbiosynthese ist und wie sie abläuft, erklären wir dir hier im Beitrag oder direkt im Video !
Inhaltsübersicht
Proteinbiosynthese einfach erklärt
Die Proteinbiosynthese oder Genexpression ist die Bildung von Proteinen in Lebewesen. Proteine sind dabei Ketten aus miteinander verknüpften Bausteinen, den Aminosäuren. Jedes Protein besitzt dadurch einen einzigartigen Aufbau, je nachdem welche oder wie viele Aminosäuren beteiligt sind.
Der Bauplan für die herzustellenden Proteine ist in deinem Erbgut, der DNA, gespeichert. Du kannst die DNA in bestimmte Abschnitte (Gene) unterteilen. Dabei ist jeder Abschnitt in der Regel für die Herstellung eines Proteins zuständig.
Die hergestellten Proteine wirken dann meist als Enzyme und steuern Vorgänge in deinem Körper. Das kann sich auch auf dein äußeres Erscheinungsbild auswirken. Die Enzyme können zum Beispiel Farbstoffe herstellen, die die Farbe deiner Augen bestimmen.
Bei uns Menschen findet die Proteinbiosynthese zuerst im Zellkern (Transkription) und dann im Cytoplasma an den Ribosomen (Translation) in deinen Zellen statt.
Bei der Proteinbiosynthese (Proteinsynthese) erfolgt eine Übersetzung von DNA-Abschnitten in Proteine. Sie lässt sich in die Schritte Transkription und Translation einteilen.
Proteinbiosynthese Ablauf
Die Proteinbiosynthese ist der Weg vom Gen zum hergestellten Protein, also sozusagen das Entschlüsseln des genetischen Codes . Merkmale wie die Körpergröße, Haar- oder Augenfarbe sind nämlich alle in verschlüsselter Form in der DNA gespeichert.
Du kannst den Ablauf der Proteinbiosynthese grundsätzlich in zwei Schritte unterteilen:
- Transkription (lat. transcribere = übertragen)
- Translation (engl. to translate = übersetzen)
Unter der Transkription kannst du einen durch Enzyme vermittelten Prozess verstehen. Er dient zur Übertragung der in der DNA enthaltenen Informationen. Es werden sozusagen transportfähige Kopien der DNA-Stränge (mRNAs ) angefertigt. Die Transkription findet bei uns Menschen, wie bei allen anderen Eukaryoten auch, im Zellkern statt. Bei Prokaryoten erfolgt sie im Zellplasma .
Die darauffolgende Translation sorgt für die Übersetzung der in der Boten-RNA gespeicherten Informationen. Daraus entsteht dann eine Kette aus aneinander gereihten Aminosäuren, das Protein. Dieser Schritt läuft bei allen Lebewesen an den Ribosomen im Zellplasma ab.
Aufgepasst: Bei den Eukaryoten wird noch die RNA-Prozessierung als Zwischenschritt eingeschoben.
Proteinbiosynthese Transkription
Der erste Schritt der Proteinbiosynthese ist die Transkription . Der Name kommt von dem lateinischen Wort transcribere und bedeutet übertragen. Denn genau das wird bei der Transkription gemacht: Die DNA wird in eine mRNA („messenger RNA”) übertragen.
Allerdings wird nicht von deinem gesamten DNA-Doppelstrang eine mRNA-Kopie erstellt, sondern nur von einem kurzen Abschnitt. Auf dem liegt der Bauplan für ein Protein. So kann bei der Translation dann das entsprechende Protein hergestellt werden. Für die Erzeugung der mRNA ist vor allem das Enzym RNA-Polymerase zuständig.
Ablauf der Transkription
Die Transkription der Proteinbiosynthese lässt sich noch einmal in drei grundlegende Schritte einteilen: Die Initiation, die Elongation und die Termination.
Initiation:
- Der Startpunkt für die Transkription ist der Promotor. Das ist eine Basensequenz, in der die Basen Thymin und Adenin besonders häufig vorkommen, wie zum Beispiel TATAAA.
- Die RNA-Polymerase setzt sich an die DNA und fährt sie ab. Sobald sie am Promotor angekommen ist, beginnt sie dort mit der Entwirrung und Aufspaltung der Doppelhelix. Dabei bilden sich zwei Einzelstränge: der codogene Strang und der nicht-codogene Strang.
- Der für die Transkription wichtige Strang ist der codogene Strang (Vorlagestrang). Er enthält nämlich die wichtigen Informationen für die Proteinherstellung.
Elongation:
- Die RNA-Polymerase liest nun den Vorlagestrang ab. Sie setzt dabei jeder Base eine komplementäre Base gegenüber und vervollständigt sie dadurch zu einem Doppelstrang. Jeweils zwei Basen gehören nämlich zusammen und bilden ein sogenanntes Basenpaar.
- Alle komplementären Basen werden aneinandergeknüpft, sodass eine lange Kette entsteht. Das ist die mRNA.
Die komplementären Basen sind:
- Guanin und Cytosin
- Adenin und Uracil
Termination:
- Sobald die RNA-Polymerase an einem Stopp-Punkt (Terminator) ankommt, endet die Transkription. Die RNA-Polymerase bildet nun aus der DNA wieder eine Doppelhelix und löst sich von ihr.
Aufgepasst: Bei der RNA gibt es ein paar Besonderheiten. Beispielsweise enthält die RNA die Base Uracil anstelle von Thymin, wie das bei der DNA der Fall ist.
Proteinbiosynthese Translation
Die Translation ist der zweite Schritt der Proteinbiosynthese. Der Begriff kommt von dem englischen Wort translation und bedeutet Übersetzung. Denn hier wird die mRNA in Proteine übersetzt. Die Translation findet im Cytoplasma an den Ribosomen der Zelle statt.
Vor der Translation
Sobald die mRNA im Cytoplasma ankommt, setzt sich ein Ribosom an den Strang und fährt ihn ab. Ribosomen haben drei Bindungsstellen:
- A-Stelle (Aminoacyl-Stelle)
- P-Stelle (Polypeptid-Stelle)
- E-Stelle (Exit-Stelle)
Das Ribosom fährt zunächst an der mRNA entlang und untersucht dabei jeweils drei Basen gleichzeitig. Du sprichst auch von einem Basen-Triplett oder Codon. Wenn das Ribosom ein Codon mit der Basenfolge Adenin, Uracil und Guanin (AUG) erreicht, startet die Translation. Deshalb bezeichnest du das „besondere” Codon auch als Start-Codon.
Ablauf der Translation
Nun kann die eigentliche Übersetzung der mRNA in ein Protein stattfinden. Auch hier gibt es wieder die drei Schritte Initiation, Elongation und Termination:
Initiation:
- Das Start-Codon AUG befindet sich zunächst an der P-Stelle des Ribosoms.
- Nun „dockt” daran eine passende tRNA (transfer-RNA) an. Die tRNA besitzt ein Basen-Triplett, das genau komplementär zum Codon auf der mRNA, in diesem Fall also dem Start-Codon, ist. Du nennst das Triplett auch Anti-Codon.
- Jedes Anti-Codon steht dabei für eine Aminosäure, wie in einer Art „Geheimsprache”. Die tRNA trägt die jeweilige Aminosäure an ihrem oberen Ende.
- Eine weitere passende tRNA kann sich an die freie A-Stelle anlagern.
Elongation:
- Jetzt löst sich die Aminosäure der tRNA an der P-Stelle. Sie hängt sich anschließend an die Aminosäure der tRNA in der A-Stelle an.
- Das Ribosom bewegt sich nun ein Triplett weiter. Das bedeutet, dass die beiden t-RNAs jeweils eine Stelle „weiterrutschen”.
- Die erste tRNA befindet sich nun an der E-Stelle (Exit-Stelle). Hier löst sie sich vom Ribosom und geht wieder in das Cytoplasma über. In die freie A-Stelle kann sich jetzt eine neue tRNA anlagern.
- Die tRNA mit der wachsenden Aminosäurekette liegt nun an der P-Stelle. Von dort aus können die Aminosäuren wieder zur tRNA an der A-Stelle wandern.
- Der Vorgang wiederholt sich immer wieder. So entsteht eine lange Kette aus Aminosäuren.
Termination:
- Der Ablauf geht so lange weiter, bis das Ribosom ein Stopp-Codon (UAA, UAG oder UGA) erreicht. Diese Basenfolge signalisiert das Ende der Translation. Das bedeutet, dass sich die Aminosäurekette von der tRNA löst.
- Die gebildete Aminosäurekette stellt ein Protein dar. Das wandert dann zu seinem Einsatzort, wie zum Beispiel als Antikörper für die Immunabwehr.
Proteinbiosynthese bei Eukaryoten und Prokaryoten
Grundsätzlich ist der Ablauf der Proteinbiosynthese bei den Eukaryoten und Prokaryoten gleich. Dennoch gibt es ein paar entscheidende Unterschiede. Dazu gehören der Ort der Transkription und der Schritt der RNA-Prozessierung.
Proteinbiosynthese Eukaryoten
Die Transkription findet bei den Eukaryoten im Zellkern statt, denn dort liegt auch die DNA. Da die Translation aber im Cytoplasma an den Ribosomen stattfindet, muss die hergestellte mRNA noch aus dem Zellkern in das Cytoplasma transportiert werden.
Um ins Zellplasma zu gelangen, muss sie allerdings die engen Kernporen des Zellkerns passieren. Dabei kann unter Umständen die mRNA beschädigt werden. Um das zu verhindern, wird eine RNA-Prozessierung im Zellkern durchgeführt. Sie schützt die mRNA bestmöglich vor einem Abbau bzw. einer Beschädigung. Zudem werden „unwichtige” – nicht codierende – Zwischenstücke, die sogenannten Introns, entfernt.
Die RNA-Prozessierung funktioniert so:
- Zunächst erhält die mRNA zwei Enden, eine Kappe und einen Schwanz. Das sind Moleküle, die die Enden der RNA vor Abnutzung schützen. So wird ihre Lebensdauer verlängert.
- Anschließend werden nicht-codierende Zwischenstücke auf der mRNA, die Introns, herausgeschnitten.
- Zurück bleiben nun nur die „wichtigen” Abschnitte: die Exons. Sie tragen die Informationen zur Proteinherstellung.
Nun ist die mRNA bereit für die Translation und wird aus dem Zellkern in das Cytoplasma transportiert.
Proteinbiosynthese Prokaryoten
Prokaryoten besitzen keinen Zellkern. Die Transkription kann deswegen im Cytoplasma stattfinden, weil die DNA hier frei vorliegt.
Die mRNA, die bei der Transkription gebildet wird, hat also keinen weiten Transportweg zu den Ribosomen. Daher ist das Risiko einer Beschädigung auch geringer. Aus dem Grund ist eine Verpackung zum Schutz nicht nötig. Der Zwischenschritt der RNA-Prozessierung zwischen Transkription und Translation fällt also weg.
Proteinbiosynthese — häufigste Fragen
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Wie läuft die Proteinbiosynthese ab?
In der Proteinbiosynthese werden innerhalb von zwei Schritten Proteine hergestellt. Zuerst liest in der Transkription ein Enzym die entsprechende Erbinformation von den Genen ab und kopiert sie. Danach werden in der Translation die Informationen wie ein Bauplan abgelesen und in Proteine übersetzt. Bei Eukaryoten passiert zwischen den beiden Schritten noch die RNA-Prozessierung.
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Was ist die Proteinbiosynthese?
Die Proteinbiosynthese ist ein Prozess, in dem Proteine hergestellt werden. Dafür wird die Erbinformation der DNA in der Transkription kopiert und in der Translation in Proteine übersetzt. Bei Eukaryoten findet zwischen diesen beiden Schritten noch die RNA-Prozessierung statt.
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Was ist der Unterschied zwischen Transkription und Translation?
Transkription stammt vom lateinischen Wort transcriptio ab, das Umschrift bedeutet. Translation kommt dabei von translatio, was auf deutsch Übersetzung heißt.
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Was passiert bei der Translation?
Der zweite Schritt der Proteinbiosynthese ist die Translation (engl. „translation” = Übersetzung). Sie besteht aus drei Phasen: der Initiation, Elongation und Termination. Hier werden immer drei Basen (Basentriplett) der mRNA in eine Aminosäure übersetzt, sodass schließlich ein Protein entsteht.
MRNA
Super! Du weißt jetzt, wie die Proteinbiosynthese funktioniert. Eine wichtige Rolle spielt dabei die mRNA. Mehr zu ihr und ihren Funktionen zeigen wir dir in unserem Video zur mRNA , also schau rein!
