Proteinsynthese

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Die Synthese von Proteinen, auch Translation genannt, ist der vorletzte Schritt der Genexpression. Im Rahmen dieses Prozesses werden die von der mRNA übermittelten Informationen in Polypeptidketten übersetzt, die durch spätere posttranslationale Modifikationen zu funktionsfähigen Proteinen umgewandelt werden.

Der Genexpressionsweg verläuft wie folgt:

Transkription (im Zellkern): Ein Enzym namens RNA-Polymerase bindet an ein definiertes Gen auf der DNA. Es öffnet die Doppelhelix und liest den DNA-Matrizenstrang ab, wobei es einen passenden Einzelstrang der prä-mRNA, die sogenannte hnRNA (kurz für heterogene nukleäre RNA), zusammenbaut.

RNA-Prozessierung durch Spleißen und Capping (im Zellkern): Bevor die unprozessierte hnRNA den Zellkern verlässt, muss sie bearbeitet werden:

1. Spleißen: Nicht-kodierende Bereiche (Introns) werden herausgeschnitten, und kodierende Bereiche (Exons) werden miteinander verbunden.
2. Schutz: Eine 5'-Kappe und ein Poly-A-Schwanz werden angefügt, um den Strang vor dem Abbau zu schützen.
3. Nun handelt es sich um eine reife mRNA (Messenger-RNA).

Austritt aus dem Zellkern (Übergang ins Zytoplasma): Die reife mRNA gelangt durch die Kernporen aus dem Zellkern hinaus ins Zytoplasma und erreicht die Ribosomen, die „Proteinfabriken".

Translation (am Ribosom):

1. Die mRNA bindet an ein Ribosom, das aus ribosomaler RNA (rRNA) und Proteinen besteht.
2. Das Ribosom liest die mRNA in Einheiten aus drei Buchstaben, den sogenannten Codons.
3. tRNA-Moleküle (Transfer-RNA) fungieren als Transportfahrzeuge. Jedes tRNA-Molekül bringt eine definierte Aminosäure mit, die zum Codon der mRNA passt.
4. Das Ribosom verbindet alle Aminosäuren zu einer langen Kette, die als Polypeptid bezeichnet wird.

Proteinfaltung und -aktivierung (im Zytoplasma/ER): Eine ungefaltete Aminosäurekette ist noch kein funktionsfähiges Protein. Sie muss sich (mit Hilfe von Hilfsproteinen, den sogenannten Chaperonen) zu einer hochspezifischen 3D-Form falten. Möglicherweise wandert sie auch zum endoplasmatischen Retikulum (ER) oder zum Golgi-Apparat, um dort „posttranslationale Modifikationen“ zu durchlaufen, wie beispielsweise die Anlagerung von Sacchariden oder Lipiden, bevor sie zu einem voll aktiven, funktionsfähigen Protein wird, das seine Funktion ausüben kann.

Die synthetisierten Proteine verbleiben entweder im Zytosol oder werden mit Sortierungssignalen markiert, die sie zu ihrem nächsten Bestimmungsort leiten.

Inhalte verstehen

Genetischer Code

Die Codons auf der mRNA werden mithilfe des genetischen Codes in Aminosäuren übersetzt.

Phasen der Proteinsynthese

Die Proteinsynthese erfolgt in vier Phasen: Transkription, mRNA-Prozessierung, Translation und posttranslationale Modifikationen.

Transkription und mRNA-Prozessierung

Bei der Transkription kopiert die RNA-Polymerase die genetische Information von der DNA auf die prä-mRNA, die hnRNA. Diese hnRNA wird gekürzt und modifiziert, bevor sie den Zellkern verlässt.

Translation und posttranslationale Modifikationen

Während der Translation nutzen Ribosomen die tRNA, um Aminosäuren zu einer Polypeptidkette zu verknüpfen. Diese wird anschließend in der Phase der posttranslationalen Modifikationen zu einem voll funktionsfähigen Protein gefaltet.

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Zusammenfassung