Aufgaben 19 Grundlagen der Genetik 1.4 Die Proteinsynthese im Überblick Die Information in der DNA wird als Bauanleitung für Proteine genutzt Gene bestimmen unsere Merkmale. Doch wie kommt es dazu, dass ein Gen – ein Abschnitt auf der DNA – etwa festlegt, welche Blutgruppe oder Augenfarbe du hast? Die Merkmale eines Lebewesens werden durch Proteine festgelegt: Sie können zB als Muskelproteine Bewegung ermöglichen oder als Enzyme bestimmen, welche Stoffe unsere Zellen herstellen. Dein Körper kann viele Tausend verschiedene Proteine herstellen. Ein Protein besteht aus einer Kette von Aminosäuren mit einer bestimmten räumlichen Struktur. Insgesamt gibt es 20 verschiedene Aminosäuren, die in natürlichen Proteinen vorkommen. Die Reihenfolge (Sequenz) bestimmt die spätere Faltung und damit Bau und Funktion des Proteins. Wie schafft es nun die Zelle, die Information der Gene abzulesen und nach dieser Vorlage ein Protein zu bauen? Diese als Genexpression bezeichnete Umsetzung läuft in mehreren Schritten ab (kAbb. 13): Zunächst wird der gewünschte DNA-Abschnitt in mRNA umgeschrieben (messengerRNA; messenger (engl.) = Bote). RNA ist aufgrund ihrer Kürze mobiler als DNA. Das Umschreiben von DNA in RNA wird als Transkription1 bezeichnet und findet bei Eukaryoten im Zellkern statt. Die mRNA wird danach ins Zellplasma transportiert. Dort wird die Reihenfolge der Nukleotide (Basensequenz) an den Ribosomen in die Aminosäuresequenz übersetzt. Dieser Übersetzungsschritt wird Translation2 genannt und erfolgt an den Ribosomen. Dort entstehen also die Aminosäureketten, die sich zu Proteinen falten. Bei Eukaryoten erfolgt zwischen Transkription und Translation noch ein weiterer Schritt, die RNA-Prozessierung. Dabei wird die RNA bearbeitet und zurechtgeschnitten, bevor sie den Kern verlässt (siehe S. 26). Die grundsätzliche Richtung des Informationsflusses ist also von DNA zu RNA zu Proteinen. Dies wird als zentrales Dogma3 der Molekularbiologie bezeichnet. 1 Transkription: transcribere (lat.) = abschreiben, umschreiben, schriftlich übertragen 2 Translation: translatio (lat.) = Übertragung, Übersetzung 3 Dogma: (griech.) = Meinung, Lehrsatz; steht für eine feststehende Definition oder grundlegende Aussage Bei der Genexpression wird die DNA zu mRNA umgeschrieben. Die mRNA- Sequenz wird in Ribosomen abgelesen und entsprechend wird eine Kette aus Aminosäuren hergestellt Information und Kommunikation Die DNA ist ein biologischer Informationsspeicher, man könnte sie auch als Datenspeicher bezeichnen. Und wie bei jedem Datenspeicher muss die Information auch gelesen und verarbeitet werden können. Dieses Ablesen und Weiterverarbeiten erfolgt in der Proteinsynthese. Translation Transkription Zytoplasma Prozyte: 1-5 µm Euzyte: 5-50 µm DNA mRNA Ribosom Protein mRNA mRNA Ribosom tRNA DNA RNA Protein Prozyte Transkription RNAProzessierung Zellkern Zytoplasma DNA prä-mRNA mRNA tRNA Protein Kernpore Kernhülle Translation Euzyte Abb.13: Genexpression. Das Abschreiben der Gene (Transkription) und Übersetzen in eine Aminosäuresequenz (Translation) erfolgt bei Prokaryoten und Eukaryoten nach dem gleichen Schema. Bei Eukaryoten wird die mRNA im Zellkern noch bearbeitet (prozessiert). 1 W Nachdem du den Text dieser Seite gelesen hast, betrachte die Abbildung 13 zwei Minuten lang und versuche, dir möglichst viele Details zu merken. Schließe dann das Buch und zeichne die Abbildung aus dem Gedächtnis nach. Beschreibe jeden Teilschritt in einem Satz. Vergleiche abschließend deine Skizze mit Abbildung 13. Information und Kommunikation Das zentrale Dogma ist heute noch für die meisten Organismen gültig, es gibt jedoch Ausnahmen (siehe S. 21). In abgewandelter Form kann man das zentrale Dogma der Molekularbiologie so formulieren, dass keinerlei Übertragung von Information vom Protein zu Nukleinsäuren möglich ist. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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