Zusammenfassung Lernzettel Proteinbiosynthese

Proteinbiosynthese Die Proteinbiosynthese ist der zentrale Prozess der Genexpression und beschreibt die
Bildung von Proteinen (Transkription und Translation).

Genexpression Der Begriff Genexpression beschreibt das in Erscheinung treten der genetischen
Information (Genotyp) im Phänotyp bzw. beschreibt, wie die genetische
Information der Gene (Genotyp) im Organismus bzw. in den Zellen verwirklicht wird
und in Erscheinung tritt (Phänotyp). Dieser Prozess „vom Gen zum Phän“
(Genprodukt) umfasst unter anderem die Transkription und die Translation.

Transkription = DNA-Information wird in den Boten mRNA umgeschrieben!
Wird ein bestimmtes Protein in der Zelle benötigt, wird von dem entsprechenden
Abschnitt des immens langen DNA-Moleküls zunächst eine Kopie erzeugt. Diesen
Vorgang nennt man Transkription (lat. transcribere, überschreiben). Die genetische
Information wird damit beweglich, kann bei eukaryotischen Zellen den Zellkern
verlassen und zu den Ribosomen, den Organellen der Proteinbiosynthese transportiert
werden. Die Transkription der DNA lässt sich in drei Schritte gliedern:
1. Initiation: Im ersten Schritt erfolgt die Bindung der RNA-Polymerase an die
DNA. Dabei bindet dieses Enzym an eine spezifische Region der DNA, den
Promotor.
2. Elongation (Verlängerung): Im zweiten Schritt wird die RNA synthetisiert. Die
RNA-Polymerase entspiralisiert die DNA-Doppelhelix Stück für Stück um etwa
15 Basenpaare und liest dann den Matrizenstrang (auch codogener Strang) in
3‘ 5‘-Richtung ab. An das 3‘-Ende des wachsenden Stranges bindet die RNA-
Polymerase RNA-Nukleotide, die komplementär zu denen des abgelesenen
Stranges sind, sodass der sich bildende RNA-Strang in 5‘3‘-Richtung verlängert
wird. Die entstehende RNA ist damit antiparallel zum gelesenen DNA-
Matrizenstrang orientiert. Nach dem Abschreiben eines DNA-Abschnitts bildet
sich wieder die DNA-Doppelhelix. An dieser Stelle wird die RNA von der DANN
abgelöst. Transkribierbare Abschnitte liegen auf beiden Strängen der Doppelhelix,
sie befinden sich allerdings nie gegenüber.
3. Termination: Am Ende eines Gens gelangt die RNA-Polymerase an eine
besondere Basensequenz, den Terminator. Dadurch wird die Bindung der RNA-
Polymerase an die DNA gelöst. Die Transkription ist damit beendet. Diesen Schritt
bezeichnet man als Termination. Die gebildete RNA entspricht einer exakten
komplementären Kopie des transkribierten Gens (fast, nur Uracil statt Thymin).
Sie dient später als Vorlage für die Synthese von Polypeptiden.
Produkte der Transkription: Die RNA-Polymerase synthetisiert alle drei Typen der
RNA: mRNA, rRNA und tRNA.

Translation = Prozess der Proteinbildung
Nach der Transkription folgt im zweiten Schritt der Proteinbiosynthese die
Übersetzung der mRNA-Basensequenz in die Aminosäuresequenz des Proteins.
Dieser Vorgang wird als Translation bezeichnet und findet an den Ribosomen statt.
Die Translation gliedert sich in folgende drei Schritte:
1. Initiation: Die Translation startet damit, dass die mRNA zwischen der kleinen und
großen Ribosomen-Untereinheit eine Verbindung herstellt. Am Startcodon der
mRNA (5‘ AUG 3‘) lagert sich die Start-tRNA mit ihrem Anticodon (3‘ UAC 5‘)
komplementär an. Die Translation beginnt.
2. Elongation (Verlängerung): Das zusammengesetzte Ribosom besitzt zwei
Bindungsstellen für tRNAs: die P-Stelle, die die tRNA mit der wachsenden
Polypeptidkette bindet und die A-Stelle, die die tRNA mit der nächsten
Aminosäure trägt.
 Codon-Erkennung: Die Start-tRNA besetzt zu Beginn die P-Stelle. Das
folgende mRNA-Codon liegt an der A-Stelle. Hier lagert sich eine beladene
tRNA mit der nächsten Aminosäure an. Voraussetzung dafür ist, dass ihr
Anticodon zum Codon der mRNA passt.
 Verlängerung der Aminosäurekette: Das Ribosom verknüpft nun die
beiden Aminosäuren zu einer Aminosäurekette. Diese wird dabei komplett
auf die tRNA an der A-Stelle übertragen.
 Vorrücken des Ribosoms: Das Ribosom bewegt sich auf der mRNA in 5‘-
3‘-Richtung um ein Codon weiter. Die entladene tRNA (ohne Aminosäure)
verlässt dadurch das Ribosom und kann im Cytoplasma erneut mit der
zugehörigen Aminosäure beladen werden. Die tRNA mit der wachsenden
Aminosäurekette befindet sich nun an der P-Stelle. An die freie A-Stelle
kann die nächste tRNA mit Aminosäure binden.
Dieser Vorgang wiederholt sich mehrfach, wodurch die Amino-
säurekette wächst und ein Protein entsteht.
3. Termination: Mit dem Erreichen eines Stoppcodons auf der mRNA – UAA,
UGA oder UAG – wird die Translation beendet. Das Ribosom zerfällt wieder in