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Biologie
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Protein - Biosynthese

Gliederung:

Vom Gen zum Merkmal
Aufbau der DNS
Die m-RNS
Die t-RNS
Das Ribosom
Codierung der Proteine
Literaturangabe

In der DNS im Zellkern befinden sich die Gene, die die Merkmale eines jeden Lebewesens darstellen. Diese Merkmale werden durch das Vorhandensein von Enzymen gebildet. Diese Enzyme bestehen aus Eiweißen, die sich aus zwanzig verschiedenen Aminosäuren, die in einer Kette miteinander verbunden sind, bestehen. Diese Aminosäureketten werden innerhalb der Zelle, im Ribosom, produziert.

Vom Gen zum Merkmal:

Die DNS steuert den Aufbau der Enzyme, die z.B. für die Bildung des roten Blutfarbstoffs oder der roten Blütenfarbe verantwortlich sind. Enzyme sind chemisch gesehen Proteine. Sie können aus zwanzig verschiedenen Aminosäuren aufgebaut sein. Dabei wechselt die Anzahl der einzelnen Aminosäuren von Protein zu Protein ganz erheblich. Die Wirkung eines jeden Enzyms hängt aber gerade davon entscheidend ab. Wird die Reihenfolge der einzelnen Aminosäuren innerhalb eines Proteins auch nur geringfügig verändert, so ändert sich oft die typische Wirkungsweise des Enzyms. Proteine werden in der Zelle an den Ribosomen aus Aminosäuren zusammengesetzt. Damit die Ribosomen jedoch das gerade benötigte Enzym herstellen können, müssen sie Informationen erhalten , in welcher Reihenfolge sie die in der Zelle enthaltenen Aminosäuren verknüpfen sollen. Die entsprechenden Informationen sind in der DNS der Chromosomen enthalten und müssen den Ribosomen übermittelt werden. Diese Aufgabe fällt dem Botenstoff messenger - Ribonucleinsäure oder kurz m-RNS zu. Sie ist ähnlich aufgebaut wie die DNS selbst. Das Abschreiben der DNS-Botschaft durch die m-RNS erfolgt ähnlich wie die Verdopplung der DNS. Der Doppelstrang wird an der Stelle aufgetrennt, die die Information für die Bildung des betreffenden Enzyms enthält. An die frei werdende eine Seite heften sich Nucleotide, die sich zu einer langen Einzelkette verbinden. Ist der Kopiervorgang beendet, trennt sich die m-RNS-Kette von der DNS und verlässt den Kern durch Poren in der Kernhülle. Im Cytoplasma sind lösliche RNS-Moleküle vorhanden, die jeweils drei organische Basen (Triplett) in unterschiedlicher Reihenfolge enthalten. Da sie die Botschaft der m-RNS übersetzen können, werden sie als Überträger-RNS ( = transfer-RNS = t-RNS) bezeichnet. An jedes dieser t-RNS-Moleküle ist eine Aminosäure gebunden. Um welche Aminosäure es sich handelt, hängt von dem jeweiligen Basentriplett ab. So weiß man, dass beispielsweise an die Basenreihenfolge AGC die Aminosäure Alanin gebunden ist (siehe Code-Sonne). Bis zur Bildung von Proteinketten ist nun nur noch ein Schritt erforderlich. Die Basentripletts der t-RNS tasten den m-RNS-Strang ab und lagern sich an eine für sie passende Stelle an. Das Basentriplett CGC würde sich also an eine Stelle heften, an der sich die Basen GCG befinden. Man kann sich diesen Vorgang modellhaft so vorstellen, dass die lange m-RNS an einem Ribosom vorbeiläuft und, dass sich dort ein passender t-RNS-Baustein anheftet. Er liefert dort eine Aminosäure ab, löst sich wieder, der m-RNS-Strang rückt ein Stück weiter und die nächsten drei Basen werden von einem passenden t-RNS-Molekül besetzt. Auch dieses liefert seine Aminosäure ab, die sich an die bereits vorhandene anheftet. Mit der Zeit entsteht so eine lange Aminosäurekette, ein Protein.

Aufbau der DNS:
Die Desoxyribonucleinsäure (DNS) ist ein Molekül, welches etwa einhundert Millionen mal schwerer ist als Wasserstoff. Dennoch ist es zu winzig, um unter dem Mikroskop entdeckt werden zu können. Es besteht aus einem spiralig gewundenen Doppelstrang, der aus einzelnen Nucleotiden zusammengesetzt ist. Jedes Nucleotid besteht aus drei Bausteinen:

- einem Zucker (Desoxyribose)
- einem Phosphorsäuremolekül
- einer der vier organischen Basen: Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) oder Cytosin (C)

Dementsprechend gibt es auch vier verschiedene Nucleotide. Diese sind paarweise miteinander verknüpft, und zwar so, dass sich innerhalb des DNS-Fadens jeweils zwei gegenüberstehende organische Basen miteinander verbinden. Man konnte nachweisen, dass sich immer nur folgende Basenpaare bilden:

Adenin - Thymin
Thymin - Adenin
Cytosin - Guanin
Guanin - Cytosin

Die Fadenstruktur des DNS-Moleküls ergibt sich durch die kettenartige Verbindung vieler Nucleotidpaare. Der so entstandene Doppelstrang ist spiralig aufgewunden. Man spricht von Doppelschraube oder Doppelhelix.


Die m-RNS:
Die m-RNS (messenger-RNS oder Boten-RNS) übernimmt die Aufgabe, die Informationen der DNS den Ribosomen zu übermitteln. Sie ist ähnlich aufgebaut wie die DNS selbst. Das Abschreiben der DNS-Botschaft durch die m-RNS erfolgt ähnlich wie die Verdopplung der DNS. Der Doppelstrang wird an der Stelle aufgetrennt, die die Information für die Bildung des betreffenden Enzyms enthält. An die frei werdende eine Seite heften sich Nucleotide, die sich zu einer langen Einzelkette verbinden. Ist der Kopiervorgang beendet, trennt sich die m-RNS-Kette von der DNS und verlässt den Kern durch Poren in der Kernhülle.


Die t-RNS:
Die Aminosäuren werden im Cytoplasma an eine t-RNS gebunden. Jeder t-RNS-Typ kann nur eine bestimmte Aminosäure, mit Hilfe eines spezifischen Enzyms, binden. Die t-RNS-Moleküle haben einen ganz bestimmten Bau. Deshalb sind diese mit Dolmetschern vergleichbar, welche die Sprache der DNS bzw. der m-RNS in die Sprache der Proteine übersetzen.


Das Ribosom:
Die Basentripletts der t-RNS tasten den m-RNS-Strang ab und lagern sich an eine für sie passende Stelle an. Das Basentriplett CGC würde sich also an eine Stelle heften, an der sich die Basen GCG befinden. Man kann sich diesen Vorgang modellhaft so vorstellen, dass die lange m-RNS an einem Ribosom vorbeiläuft und, dass sich dort ein passender t-RNS-Baustein anheftet. Er liefert dort eine Aminosäure ab, löst sich wieder, der m-RNS-Strang rückt ein Stück weiter und die nächsten drei Basen werden von einem passenden t-RNS-Molekül besetzt. Auch dieses liefert seine Aminosäure ab, die sich an die bereits vorhandene anheftet. Mit der Zeit entsteht so eine lange Aminosäurekette, ein Protein.

Codierung der Proteine:
Es gibt ca. zwanzig verschiedene Aminosäuren, aus denen die Proteine bestehen. In den Nucleinsäuren kommen vier organische Basen vor. Eine Aminosäure wird somit durch drei Basen, ein Triplett, verschlüsselt (codiert). Dadurch ergeben sich 64 Möglichkeiten zur Bestimmung der zwanzig Aminosäuren. Die Code-Sonne dient der Zuordnung der Namen der Aminosäuren zu dem dazugehörigen Basentriplett. Der Code der m-RNS ist in der Code-Sonne dargestellt. (In der m-RNS wird Thymin durch Uracil ersetzt.) Die Basen des Tripletts werden der Reihenfolge nach von innen nach außen gelesen. So z.B. kann die Aminosäure Glycin (=Gly) durch die Basentripletts GGU, GGC, GGA und GGG bestimmt werden.

 

Literaturangabe:

Taschenbuch der Biologie. Günter Vogel und Hartmut Angermann. Gustav Fischer Verlag. Jena. 1979.

Linder Biologie. Horst Bayerhuber und Ulrich Kull. Schroedel Schulbuchverlag. Hannover. 1989.

 

 

Copyright © 1999 Tobias Spitzner, Thomas Bräuer and Sven Döring