Was ist der Prozess der Proteinsynthese?
Der Prozess der Proteinsynthese erfolgt in zwei Hauptschritten, die von Enzymen innerhalb einer Zelle gesteuert werden. Zunächst wird Desoxyribonukleinsäure (DNA) mit dem Enzym RNA-Polymerase in Ribonukleinsäure (RNA) transkribiert. Zweitens wird die RNA dann durch Ribosomen in der Zelle in ein Proteinmolekül übersetzt. Die Transkription von DNA und die Translation von RNA sind die Schlüsselschritte im zentralen Prozess der Proteinbiosynthese.
Die Transkription ist der erste Schritt im Prozess der Proteinsynthese und wird normalerweise von verschiedenen Signalmolekülen im Zellkern initiiert. Zu Beginn entzippt die Enzym-DNA-Helikase die beiden DNA-Stränge und legt den Matrizenstrang frei, der für die zu transkribierende RNA kodiert. Als nächstes bindet das Enzym RNA-Polymerase an den Matrizenstrang, wandert entlang und synthetisiert einen Strang von Messenger-RNA (mRNA), der zum Matrizenstrang von DNA komplementär ist. Jedes einzelne Nukleotid der DNA kodiert für ein Nukleotid der RNA, das dem mRNA-Strang hinzugefügt werden soll.
In eukaryotischen Zellen wird die mRNA gewöhnlich nach ihrer Herstellung modifiziert. Dieser Schritt im Prozess der Proteinsynthese umfasst das Hinzufügen einer Kappe an der Vorderseite, die normalerweise ein methyliertes Guaninnukleotid ist, und eines Polyadeninschwanzes (Poly-A-Schwanzes) an der Rückseite. Die mRNA wird auch gespleißt, da Enzyme in der Zelle alle mRNA-Segmente entfernen, die nicht direkt an der Codierung des Zielproteins beteiligt sind. Diese Segmente werden als Introns bezeichnet, während die Segmente, die an der Codierung des Proteins beteiligt sind, als Exons bezeichnet werden.
Der nächste Schritt im Prozess der Proteinsynthese ist die Translation, bei der die RNA für bestimmte Aminosäuren kodiert. Dieser Prozess wird außerhalb des Kerns durch Ribosomen katalysiert, kleine Organellen, die aus ribosomaler RNA (rRNA) und Protein bestehen. Ribosomen binden sowohl an den mRNA-Strang als auch an die Aminosäuren, aus denen das endgültige Protein besteht. Jeder Satz von drei mRNA-Nukleotiden kodiert für eine bestimmte Aminosäure. Die Ribosomen wandern den mRNA-Strang entlang und fügen jeweils eine Aminosäure hinzu, bis sie den Poly-A-Schwanz erreichen und die Proteintranslation vervollständigen.
Manchmal umfasst der Prozess der Proteinsynthese zusätzliche Schritte, nachdem das Polypeptid erzeugt wurde. Proteine können durch hydrophobe Wechselwirkungen beginnen, sich in ihre native Struktur oder stabilste dreidimensionale Konformation zu falten. Da es sich bei der Zelle um eine wässrige oder wasserbasierte Umgebung handelt, ist sie ziemlich polar und hydrophobe Aminosäuren sammeln sich an, um zu vermeiden, dass sie dieser Umgebung ausgesetzt werden. Diese innere Gruppierung von hydrophoben Resten verleiht dem Protein mehr energetische Stabilität und hilft ihm, sich zu falten.
Häufig können sich Proteine nicht von selbst in ihre ursprüngliche Struktur falten. In diesem Fall benötigen sie die Hilfe eines Chaperonins, eines Proteinenzyms, das an das neu synthetisierte Polypeptid bindet und es in die richtige Form faltet. Chaperonine und andere Enzyme können auch denaturierte, fehlgefaltete oder andere beschädigte Proteine reparieren.