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Gesundheitslexikon: Proteinbiosynthese

Proteinbiosynthese – wie unser Körper neue Proteine herstellt

Proteine sind große Moleküle, die sehr komplex aufgebaut sind. Sie bestehen aus einer Abfolge von vielen tausend Aminosäuren, zusammengesetzt aus den 20 bestehenden Aminosäuretypen. Sie befinden sich in allen Zellen und können eine Vielzahl an lebenswichtigen Aufgaben übernehmen. Es gibt Strukturproteine, Transportproteine und Signalproteine. Sehr häufig funktionieren sie als Enzyme, die chemische Prozesse im Körper antreiben. Die Abfolge der Aminosäuren ist ein wichtiger Aspekt für die Funktion. Die Herstellung von Proteinen findet im Zellinneren in mehreren Schritten unter hohem Energieverbrauch statt und wird Proteinbiosynthese genannt.

Transkription

Die Bauanleitung eines Proteins ist in der DNA im Zellkern gespeichert als Abfolge von sogenannten Nucleotiden. Das sind Bausteine aus fünf Basen, die jeweils mit einem Zucker und einem Phosphat verbunden sind. Die Sequenz ist in der Regel auf ein Gen beschränkt. Um ein neues Protein herstellen zu können, muss dieser Bauplan zu den Eiweißproduzenten der Zelle gelangen, den Ribosomen im Zellplasma. Im ersten Schritt müssen die in der DNA verschlüsselten Informationen zugängig gemacht werden. Dazu wird sie zunächst entspiralisiert und ihre beiden Stränge werden voneinander getrennt. Anschließend legt sich an einen der beiden Stränge ein Enzym an, die RNA-Polymerase. Sie gleitet an der Nucleotidsequenz entlang, schreibt sie ab und erstellt eine komplementäre Kopie, die Boten-RNA (mRNA). Dieser Vorgang wird als Transkription bezeichnet und ist deshalb relativ unkompliziert möglich, weil die RNA der DNA sehr ähnelt. Nachdem die mRNA in weiteren Schritten von unfunktionellen Teilen befreit wurde, wandert sie durch Poren der Membran des Zellkerns ins Zellplasma.

Translation

Der zweite Schritt der Proteinbiosynthese ist die Translation, bei der die mRNA in ein Protein übersetzt wird. Zunächst gelangt sie im Zellplasma zu einem Ribosom, das mit seinen drei Stellen an ihr entlang wandert. Jede Stelle verbindet sich mit einem Basentriplett der mRNA. Das sind Bausteine aus drei aufeinanderfolgenden Basen, die eine bestimmte Aminosäure codieren. Starttriplett ist immer dasjenige, das für die Aminosäure Methionin zuständig ist. Die Verbindung ist das Zeichen für die entsprechende Transport-RNA (tRNA), sich mit dem komplementären Basentriplett anzulagern. Da sie an ihrem freien Ende eine Aminosäure trägt, ist so der erste Proteinbaustein angekoppelt. Entsprechend der Anzahl von 20 Aminosäuren gibt es mindestens 20 verschiedene tRNAs. Im nächsten Schritt wandert das Ribosom ein Basentriplett weiter und der gleiche Vorgang wiederholt sich mit einer anderen tRNA und Aminosäure, an die sich die erste nach Ablösung anheftet. Auf diese Weise ist eine Zweierkette entstanden. Dieser Prozess setzt sich so lange fort, bis das Ribosom an ein Stopptriplett gelangt. Hier endet der Prozess und wird abgeschlossen. Die tRNAs haben sich bereits auf dem Weg von den Ribosomen gelöst, die ihrerseits jetzt die mRNA verlassen. Im Zellplasma ist so eine Aminosäurekette entstanden, die Grundform eines Proteins.

Proteinstruktur

Im engeren Sinn ist die Proteinbiosynthese mit der Herstellung der Aminosäuresequenz abgeschlossen. Um die richtige Funktion erfüllen zu können, muss das Protein aber noch seine endgültige Struktur erreichen. Dies geschieht in weiteren drei Schritten. Zunächst formt sich die Aminosäurekette in Längsrichtung als Spirale oder ähnliches Gebilde. Dann lagern sich Teile und schließlich das ganze Protein so zusammen, dass ein dreidimensionales Gebilde entsteht, in dessen Zentrum sich häufig der aktive Kern befindet.

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