Was ist Proteinbiosynthese?
Die Proteinbiosynthese ist der Prozess, bei dem Proteine in Zellen produziert werden. Es beginnt im Zellkern und endet im Zytoplasma, wobei ein neues Protein entsteht. Dieser Vorgang besteht aus zwei Schritten: Transkription und Übersetzung. Einige Leute verwenden die Begriffe Proteinbiosynthese und -übersetzung synonym, aber die korrekte Verwendung der Proteinbiosynthese bezieht sich auf den gesamten Prozess, nicht nur auf die Übersetzung.
Die Transkription findet im Kern statt und ist der Prozess, bei dem RNA-Stränge basierend auf DNA-Templates erzeugt werden. Gene sind Nukleotidlängen entlang der DNA-Stränge, die die Informationen liefern, für die das Protein produziert werden soll. Aminosäuren und Proteine sind große Moleküle, so dass sie nicht im Kern gebildet werden. Stattdessen wird genetische Information in RNA transkribiert, die dann durch Poren in der Kernmembran in das Zytoplasma der Zelle gelangt.
Es gibt drei verschiedene Arten von RNA-Molekülen, die an der Proteinbiosynthese beteiligt sind. Messenger-RNA (mRNA) ist die Vorlage für das zu erzeugende Protein. Es enthält die transkribierte genetische Information, die die Zelle anweist, welche Aminosäuren in welcher Reihenfolge gebunden werden müssen. Transfer-RNA (tRNA) bringt Aminosäuren aus dem Zytoplasma in die wachsende Proteinkette. Ribosomale RNA (rRNA) umfasst die beiden Lappen des Ribosoms, in dem die Translationsstufe der Proteinbiosynthese stattfindet.
DNA besteht aus langen Ketten von nur vier Nukleotiden, aber es stehen 20 verschiedene Aminosäuren zur Verfügung, um Proteine zu erzeugen. Dies bedeutet, dass es keine Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen Nukleotiden und Aminosäuren gibt. Stattdessen geben drei Nukleotide oder ein Codon den Code an, für den die Aminosäure an die Kette gebunden werden soll. Infolgedessen gibt es 64 mögliche Codons, sodass einige Aminosäuren mehreren unterschiedlichen Codons entsprechen.
Nach Abschluss der Transkription bereiten sich die RNA-Moleküle auf die nächste Stufe der Proteinbiosynthese vor. mRNA befindet sich in der Spalte zwischen dem großen und dem kleinen Lappen des Ribosoms, und drei Nukleotide werden gleichzeitig durch das Ribosom geleitet, so dass das Codon für die Aminosäure mit der tatsächlichen Aminosäure übereinstimmt, die die tRNA zum Ribosom trägt.
tRNA hat eine ausgeprägte Form und ist auch spezifisch für die Aminosäure, die sie zur Verlängerung der Proteinkette trägt. Die Aminosäure bindet an ein Ende des tRNA-Moleküls, während das andere Ende drei Nukleotide aufweist, die dem auf dem mRNA-Molekül gefundenen Codon entsprechen. Dadurch kann das tRNA-Molekül an die mRNA-Kette binden und an Ort und Stelle gehalten werden, während die darin enthaltene Aminosäure durch ein Enzym an eine andere Aminosäure gebunden wird.
Zur Bildung eines Proteins werden Aminosäuren weiterhin an die Peptidkette gebunden, bis ein Stoppcodon erreicht ist. Das Stop-Codon entspricht keiner Aminosäure, sondern signalisiert, dass die Proteinkette beendet ist. Zu diesem Zeitpunkt wird mRNA aus dem Ribosom freigesetzt und abgebaut. Obwohl ein Protein hergestellt wurde, ist es normalerweise noch nicht funktionsfähig. Die Proteinbiosynthese ist abgeschlossen, aber die meisten Proteine werden vor ihrer Verwendung weiteren Modifikationen unterzogen.