Biologie · Klasse 9–13 · aktualisiert
Proteinbiosynthese: Ablauf einfach erklärt
Verfolge den Weg vom Gen über Transkription und Translation zur Aminosäurekette und zum Protein.
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Kurz gesagt
Bei der Proteinbiosynthese wird die Information eines DNA-Abschnitts zuerst als mRNA abgeschrieben. Ein Ribosom übersetzt die mRNA-Codons mithilfe von tRNAs in eine Aminosäurekette. Nach Faltung und möglicher weiterer Bearbeitung kann daraus ein funktionsfähiges Protein entstehen.
Bei der Proteinbiosynthese setzt eine Zelle die Information eines DNA-Abschnitts in eine Aminosäurekette um. Der Informationsweg lautet: DNA → mRNA → Aminosäurekette → funktionsfähiges Protein. Du lernst hier, wie Transkription, RNA-Prozessierung und Translation zusammenarbeiten und wie du eine kurze Sequenz selbst verfolgst.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Ein Gen ist ein DNA-Abschnitt, der die Information für ein bestimmtes Produkt trägt. Für ein Protein muss die Zelle nicht die gesamte DNA kopieren. Sie liest nur den benötigten Abschnitt ab.
Definition
mRNA
Die mRNA, kurz für „messenger RNA“, ist die transportfähige Abschrift eines DNA-Abschnitts. Sie enthält Uracil (U) statt Thymin (T).
Merke: Die DNA bleibt als Original erhalten. Die mRNA bringt eine Abschrift der benötigten Information zum Ribosom.
Beispiel: Die Proteinbiosynthese läuft im schulischen Modell in diesen Schritten
- 1Bei der Transkription entsteht eine RNA-Abschrift des DNA-Abschnitts.
- 2Bei Eukaryoten wird diese Abschrift durch die RNA-Prozessierung zur reifen mRNA.
- 3Bei der Translation bestimmt die Basenfolge der mRNA die Reihenfolge der Aminosäuren.
- 4Die Aminosäurekette faltet sich und kann weiter verändert werden. Erst dadurch entsteht ein funktionsfähiges Protein.
Teste dich
Im vereinfachten Modell schreibt die RNA-Polymerase bei der Transkription einen DNA-Abschnitt in RNA um. Ein Promotor kennzeichnet den Startbereich; ein Terminator markiert das Ende. Zuerst bindet die Polymerase am Promotor und öffnet die DNA (Initiation). Dann liest sie den codogenen Strang als Vorlage in 3′→5′-Richtung und baut eine komplementäre mRNA in 5′→3′-Richtung (Elongation). Am Ende lösen sich Polymerase und mRNA, die DNA schließt sich wieder (Termination). Die Basenpaarung der RNA zur DNA-Vorlage steht in der Tabelle.
Bei Eukaryoten entsteht zunächst eine prä-mRNA. Noch im Zellkern erhält sie am 5′-Ende eine schützende Cap-Struktur, die später bei der Erkennung hilft. Am 3′-Ende wird ein Poly-A-Schwanz aus Adenin-Nukleotiden angefügt; er schützt die mRNA und beeinflusst ihre Lebensdauer. Beim Spleißen werden Introns entfernt und Exons verbunden. Durch alternatives Spleißen können Exons verschieden kombiniert werden; das ermöglicht zusätzliche Produktvielfalt. Die reife mRNA gelangt durch Kernporen ins Cytoplasma.
| Base auf der DNA-Vorlage | Base in der mRNA |
|---|---|
| A | U |
| T | A |
| G | C |
| C | G |
Beispiel: Gegeben ist der codogene DNA-Strang:
- 1Die codogene DNA-Vorlage lautet 3′-TAC TCG ATT-5′.
- 2Lies die Vorlage in 3′→5′-Richtung.
- 3Ergänze die komplementären RNA-Basen: T→A, A→U, C→G und G→C.
- 4Die entstehende mRNA lautet 5′-AUG AGC UAA-3′.
- 5Vorlage und mRNA verlaufen antiparallel.
Merke: Erst nach Cap, Poly-A-Schwanz und Spleißen liegt bei Eukaryoten die reife mRNA für Export und Translation vor.
Teste dich
Die Translation findet an Ribosomen statt. Das Ribosom liest mRNA in Dreiergruppen, den Codons. Eine tRNA ist ein Adapter: Ihr Anticodon paart sich mit einem passenden mRNA-Codon, während sie eine Aminosäure trägt. Im Ribosom bindet eine neue beladene tRNA an der A-Stelle. An der P-Stelle sitzt die tRNA mit der wachsenden Kette; eine entladene tRNA verlässt das Ribosom an der E-Stelle.
Bei der Initiation erkennt das Ribosom das Startcodon AUG, und die passende tRNA bindet. Während der Elongation bringen weitere tRNAs Aminosäuren; das Ribosom verknüpft sie und rückt je ein Codon weiter. Bei UAA, UAG oder UGA endet die Translation. Für diese Stopcodons gibt es keine tRNA mit passender Aminosäure; ein Release-Faktor setzt die Kette frei (Termination).
| Begriff | Bedeutung |
|---|---|
| A-Stelle | Eine neue, mit Aminosäure beladene tRNA bindet. |
| P-Stelle | Hier befindet sich die tRNA mit der wachsenden Polypeptidkette. |
| E-Stelle | Eine entladene tRNA verlässt das Ribosom. |
Definition
Genetischer Code
Der genetische Code ordnet jedem mRNA-Codon eine Bedeutung zu. AUG ist Startcodon und codiert Methionin; UAA, UAG und UGA sind Stopcodons. Mehrere verschiedene Codons können dieselbe Aminosäure codieren.
Beispiel: Die mRNA aus dem Transkriptionsbeispiel lautet:
- 1Die mRNA aus dem Beispiel lautet 5′-AUG AGC UAA-3′.
- 2Vom 5′-Ende aus liest das Ribosom AUG als Start und Methionin.
- 3AGC codiert Serin; UAA beendet die Translation.
- 4Die Aminosäurefolge lautet Methionin–Serin. UAA gehört nicht zur Kette.
Teste dich
Eukaryoten besitzen einen Zellkern, Prokaryoten nicht. Bei Eukaryoten findet die Transkription im Zellkern statt; die reife mRNA muss ihn für die Translation an Ribosomen im Cytoplasma verlassen. Bei Prokaryoten liegen DNA und Ribosomen im selben Zellraum. Ein Ribosom kann deshalb schon mit der Translation beginnen, während die mRNA noch transkribiert wird.
Die Aminosäurefolge beeinflusst Faltung und Funktion eines Proteins. Proteine wirken zum Beispiel als Enzyme, Struktur-, Transport- oder Abwehrproteine. Ein Enzym beschleunigt eine chemische Reaktion. Ist es an der Herstellung eines Farbstoffs beteiligt, kann seine Funktion ein sichtbares Merkmal beeinflussen. Die Wirkungskette lautet: DNA-Sequenz → mRNA-Sequenz → Aminosäurefolge → Proteinfaltung und Funktion → Zellvorgang → mögliches Merkmal. Die freigesetzte Kette muss sich passend falten; weitere Veränderungen nach der Translation sind möglich. Aus einer DNA-Sequenz folgt daher nicht unmittelbar ein sichtbares Merkmal.
| Merkmal | Eukaryoten | Prokaryoten |
|---|---|---|
| Transkription | im Zellkern | im Cytoplasma |
| RNA-Prozessierung mit Cap, Poly-A-Schwanz und Spleißen | typisch | nicht wie bei Eukaryoten |
| Translation | an Ribosomen im Cytoplasma | an Ribosomen im Cytoplasma |
| Gleichzeitige Transkription und Translation | durch die räumliche Trennung nicht möglich | möglich |
Teste dich
Alles auf einen Blick
Proteinbiosynthese
Transkription
DNA-Information wird als mRNA abgeschrieben
RNA-Prozessierung
prä-mRNA wird bei Eukaryoten zur reifen mRNA
Translation
Codons bestimmen mithilfe von tRNA die Aminosäurefolge
Protein
Faltung und mögliche Veränderungen ermöglichen die Funktion
Zelltypen
räumlich getrennt bei Eukaryoten, gekoppelt möglich bei Prokaryoten
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Von einer DNA-Vorlage zum Produkt
- 1Die codogene DNA-Vorlage lautet 3′-TAC GAA ATT-5′.
- 2Die komplementäre mRNA lautet 5′-AUG CUU UAA-3′.
- 3AUG codiert Methionin, CUU Leucin und UAA ist ein Stopcodon.
- 4Die Aminosäurekette beginnt mit Methionin–Leucin; für ein funktionsfähiges Protein kann weitere Faltung nötig sein.
Fehler finden
Eine mRNA in eine Kette übersetzen In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Richtig: UGA ist im Standardcode ein Stopcodon und wird nicht als Aminosäure angehängt. Die falsche Zeile verwechselt Stoppsignal und Aminosäure.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Die RNA-Polymerase liest den codogenen DNA-Strang in -Richtung und baut die mRNA in -Richtung auf. Gegenüber Adenin in der DNA-Vorlage wird in die RNA eingebaut.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback