Proteinbiosynthese – von der DNA zum Protein

Im Video Proteine-Einführung habt ihr gelernt, dass Proteine aus einer Kette von Aminosäuren bestehen und das die Abfolge der Aminosäuren im genetischen Code verschlüsselt ist. Den Aufbau eines Proteins auf Grundlage des genetischen Codes in Zellen nennt man Proteinbiosynthese. Proteine werden in allen lebenden Zellen gebildet. Die Bauanleitung der Proteine liegt im Zellkern, gespeichert auf der DNA, unserem Erbgut. Wenn die DNA also eine sehr dicke Bauanleitung im Zellkern ist und ich zum Beispiel einen Kuchen backen will und das Rezept brauche, dann nehme ich nicht das gute, dicke Buch mit in die Küche, sondern ich schreibe mir einfach die eine Seite ab, die ich brauche, und nehme diese mit. Dann macht es auch nichts, wenn die abgeschriebene Seite später kaputt geht. Das Buch mit der Bauanleitung ist ja immer noch da. Diese Abschrift eines Rezepts, oder besser gesagt Gens, ist die RNA. Bei der Proteinbiosynthese wird dieses Abschreiben Transkription genannt und geschieht mithilfe der RNA-Polymerase.

Unterschied RNA und DNA

Die RNA-Polymerase funktioniert fast genauso wie die DNA-Polymerase, die ihr schon aus anderen Videos kennt. Genau wie beim Abschreiben oder Kopieren einer Buchseite, sieht die RNA nicht genau so aus wie das Original, die DNA. Ihr wisst schon, dass die DNA aus vier Nukleotiden mit den Basen Guanin, Cytosin, Adenin und Thymin besteht. In der Abschrift des Gens, der RNA, wird Thymin durch Urazil ersetzt. Der Zucker im Rückgrat der DNA ist Desoxyribose, bei der RNA ist es Ribose. Die RNA ist nicht doppelsträngig, so wie die DNA, sondern nur einsträngig. An der RNA werden an der Zelle noch weitere Veränderungen vorgenommen, doch dazu mehr in einem anderen Video.

Die RNA

Die RNA wird also im Zellkern abgeschrieben. Die nötige Maschinerie zur Übersetzung dieses Rezepts in ein fertiges Protein befindet sich aber nicht dort, sondern im Cytosol der Zelle. Die RNA dient also auch der Übermittlung der Informationen vom Zellkern in das Cytosol. Deshalb wird diese RNA auch Messenger-RNA genannt. Messenger ist Englisch und heißt auch Bote oder Kurier. Es gibt noch andere Arten von RNA, davon später mehr. Die Information für das fertige Protein ist jetzt noch in der Abfolge der Basen der m-RNA codiert und muss in Aminosäuren übersetzt werden. Je drei aufeinanderfolgende Basen codieren eine Aminosäure und werden als Codon bezeichnet. Die Übersetzung der Basensequenz der m-RNA in die Aminosäuresequenz des Proteins wird Translation genannt.

Die Übersetzung des genetischen Codes in Aminosäuren übernimmt in der Zelle das Ribosom. Um die Abfolge der Basen der m-RNA in eine Abfolge von Aminosäuren zu übertragen, werden noch so etwas wie Adapter benötigt. In der Zelle sind das die t-RNA Moleküle, die auf einer Seite die Basen tragen, mit der sie an die m-RNA andocken, wenn die Basenfolge stimmt. Am anderen Ende sitzen Aminosäuren, die mithilfe des Ribosoms zu einer Kette verknüpft werden. Das t bei t-RNA steht für Transfer und bedeutet so viel wie übermitteln. Die Kette von Aminosäuren faltet sich später allein oder mithilfe anderer Proteine zum funktionstüchtigen Protein.

Zusammenfassung Proteinbiosynthese

Schaut euch dazu vielleicht noch mal die Begriffe Primär-, Sekundär- und Tertiärstruktur an. In den letzten Bildern dieses Videos seht ihr noch mal eine kurze Zusammenfassung der Proteinbiosynthese. Bakterien, beziehungsweise Prokaryoten, besitzen keinen Zellkern. Deshalb finden hier die beiden Schritte Transkription und Translation nicht räumlich getrennt statt und die Translation kann schon beginnen, bevor die Transkription beendet ist.

Ihr habt jetzt gesehen, wie im Prinzip Proteine in der Zelle hergestellt werden. In Wirklichkeit sind die einzelnen Schritte natürlich viel komplizierter, denn die Proteinproduktion muss sehr genau kontrolliert werden. Ihr könnt euch sicher vorstellen, dass in einer Muskelzelle andere Proteine benötigt werden als in einer Zelle in eurem Verdauungstrakt oder dass in einem Embryo andere Proteine benötigt werden als in einem erwachsenen Menschen oder in einer Pflanze tagsüber andere Proteine als nachts. Um die Art und Menge der produzierten Proteine zu regulieren, gibt es viele verschiedene Regulationsmechanismen, die im Grunde an jeder Stelle des Syntheseprozesses wirken können.

In den nächsten Videos werde ich genauer auf die einzelnen Schritte der Proteinbiosynthese eingehen. Wenn ihr spezielle Fragen habt, schreibt einfach einen Kommentar. Tschüss und danke fürs Zuschauen.