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Ablauf der Proteinbiosynthese Die Proteinbiosynthese ist die Herstellung eines Proteins z.B. eines Enzyms oder einer Peptidkette. Proteine bestehen aus Ketten von Aminosäuren (AS), die mindestens aus 200 AS bestehen müssen, um ein Protein zu bilden. Eine Aufgabe der Proteinbiosynthese ist grob gesagt, die Verkettung von Aminosäuren aneinander. Sie läuft folgender maßen ab: Der ganze Vorgang beginnt im Zellkern.
Dort wird zuerst die mRNA aus der DNA gebildet. Die mRNA ist Einsträngig und wird komplementär zu einem DNA Strang gebildet. Dies findet durch den Vorgang der Transkription statt: Die Basalfaktoren geben der RNA-Polymerase an, wo sie sich auf der DNA zu platzieren hat. Der Vorgang wird immer am selben Triplett begonnen, an TAC (RNA: AUG; siehe unten). Die RNA-Polymerase ist dazu da, die DNA aufzupalten, damit die Nukleotide in die DNA eindringen können, um eine mRNA zu bilden. Nachdem die mRNA gebildet ist, schließt die Polymerase die DNA wieder.
Nun ist sie eine Prä-mRNA. Um aus ihr eine reife mRNA herzustellen müssen durch das so genannte Spleißen die Introns aus der mRNA entfernt werden. Das Spleißen findet mit Hilfe von Enzymen statt. Introns sind im Prinzip gewöhnliche Basen- bzw. Triplettabfolgen, die lediglich zum codieren des Proteins unbrauchbar sind. Das Gegenstück zu den uncodierten Introns sind die codierten Exons.
Zusätzlich wird beim Schleißen eine Cap und ein Poly-A Schwanz an die RNA angehängt. Die Cap besteht aus methyliertem Guanin und der Poly A Schwanz aus einer langem Kette Adenin. Dies wird als Schutzvorrichtung angebracht, damit die nRNA von Enzymen nicht so schnell zersetzt wird und es hilft ihr bei Eukaryonten sogar bis zu 24h in der Zelle zu bestehen. Die reife mRNA wird anschließend aus dem Zellkern heraus transferiert ins Cytoplasma der Zelle. Dort wird sie von einem Ribosom verschlossen, indem die vorher getrennte Ober- und Untereinheit des Ribosoms sich verbinden und die mRNA einschließen. Nun beginnt die Translation.
Dort werden die Codons der RNA zu einer AS-Polypeptidkette. Dazu werden tRNA Moleküle verwendet, welche ein Anticodon (komplementär zum Codon) und eine AS besitzen. Die tRNA selber besteht genauso wie die mRNA aus Basen, hat aber unterschiedlich zu ihr nur ein Trplettcode (Anticodon). Durch die Anticodons weiß ein tRNA Molekül, wann es sich in das Ribosom an die mRNA setzen muss. Wenn dies der Fall ist, befestigt sich die tRNA kurz im Ribosom. Die AS-Polypeptidkette (sofern vorhanden) kettet sich nun an die neue AS.
Daraufhin wandert das Ribosom an der mRNA weiter und da immer 2 tRNA Moleküle sich im Ribosom befinden fällt dadurch das leere tRNA Molekül heraus. Dies wird wiederholt bis die AS Kette, die Größe erreicht hat, die zur Proteinsythese notwendig ist und ein Anticodon erreicht wurde welches keiner AS zugeordnet ist. Welches Anticodon, welche AS bindet ist im so genannten genetischen Code festgelegt und weil alle Lebewesen die Basensequenz gleich übersetzen und verwerten ist der Code universell gültig. Entschlüsselt wurde der genetische Code zu einer "Code Sonne" in der abgelesen werden kann welcher Triplett, welche AS bindet. Es kann vorkommen das bis zu 6 verschiedene Tripletts, ein und dieselbe AS binden (20AS -> 64 Möglichkeiten). 3 Tripletts sind keiner AS zugeordnet.
Sie signalisieren, wie oben angesprochen, das Ende der AS Kette. Das Start Signal ist die AS Met. Sie ist nur einem Triplett zugeordnet und das ist AUG (auf der DNA TAC). Die unbeladene tRNA muss sich nach Verlassen des Ribosoms wieder neu beladen. Dies geschieht an einem Enzym, der Acetyl Synthetase. Es besitzt 2 Erkennungsregionen am aktiven Zentrum, welche genau passend für die verschiedenen AS und für die verschiedenen tRNA Moleküle sind.
Das unbeladene tRNA Molekül dockt nun an dem Enzym an. Durch diese 2 Erkennunsregionen erkennt es welche Schleifen und Anticodon das tRNA Molekül hat, umso die passende AS an die tRNA anzubauen. Anschließend verlässt die tRNA das Enzym wieder und macht sich erneut auf dem Weg zu einem Ribosom. Wenn das Ribosom nun ein Stop Codon erreicht, wird die AS-Polypeptidkette abgespaltet und muss ist nun zur Faltung zu einem Protein bereit. Die Proteinbiosynthese ist abgeschlossen. Es gibt bei der Proteinbiosynthese allerdings einen großen Unterschied bei prokaryontischen und eukaryontischen Zellen.
Bei Prokayonten finden beide Vorgänge (Transkription, Translation) im Cytoplasma statt. Es existiert kein Zellkern, nur einen Plasmidring, welcher die DNA trägt. Sie besitzen nur einsträngige DNA. Die Proteinbiosynthese findet daher direkt an der DNA statt und die beiden Vorgänge finden direkt hintereinander statt, d.h. während im hinteren Bereich die Peptidketten durch die Ribosome gebildet, wird im vorderen Bereich gleichzeitig die notwendige tRNA und mRNA gebildet.
Dieser Vorgang hat den großen Vorteil, dass er deutlich schneller abläuft. Der Nachteil ist allerdings das er deutlich anfälliger für Mutationen ist. Mutation können Anpassungen an Klima, Lebensraum und Krankheiten sein, aber natürlich auch eine willkürliche Veränderungen, welche zur Veränderungen des Phänotypen führen kann. Mutationen sind entweder eine Löschung bzw. das Weglassen einer oder mehrerer Basen, ein Austausch von Basen oder das Hinzufügen von Basen. Alles 3 verändert das Genbild, allerdings werden bei der Löschung und beim Hinzufügen alle nachfolgenden Tripletts verändert, während beim Tausch meist nur 2 verändert werden.
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