Proteinbiosynthese: vom Gen zum Protein
Du verfolgst, wie die Information der DNA über Transkription und Translation in ein Protein übersetzt wird, und liest den genetischen Code.
Schritt für Schritt erklärt
Die DNA enthält den Bauplan für Proteine. Proteine sind die Werkzeuge der Zelle: Enzyme, Transportmoleküle, Antikörper, Strukturproteine. Wie wird aus der Basenfolge eines Gens ein Protein? Das geschieht in zwei Schritten.
1. Transkription (im Zellkern)
Die DNA verlässt den Zellkern nicht. Stattdessen wird eine Abschrift des Gens angefertigt: die mRNA (messenger-RNA, Boten-RNA).
- Das Enzym RNA-Polymerase öffnet die DNA-Doppelhelix am Gen.
- Am codogenen Strang werden komplementäre RNA-Nukleotide angelagert.
- In der RNA steht statt Thymin (T) die Base Uracil (U), statt Desoxyribose der Zucker Ribose.
Bei Eukaryoten wird die mRNA anschließend noch bearbeitet (Spleißen: nicht codierende Abschnitte, die Introns, werden herausgeschnitten). Dann verlässt sie den Kern.
Der genetische Code
Jeweils drei Basen der mRNA bilden ein Codon (Triplett), das für eine bestimmte Aminosäure steht. Es gibt 4³ = 64 Codons für 20 Aminosäuren. Der Code ist deshalb redundant: Viele Aminosäuren haben mehrere Codons.
- AUG ist das Startcodon und codiert zugleich Methionin.
- UAA, UAG und UGA sind Stoppcodons.
Der Code ist (fast) universell: Er gilt für nahezu alle Lebewesen, von Bakterien bis zum Menschen. Mit einer Codesonne oder einer Codetabelle liest man ab, welche Aminosäure zu einem Codon gehört.
2. Translation (an den Ribosomen)
- Die mRNA lagert sich an ein Ribosom im Zellplasma.
- tRNA-Moleküle (Transfer-RNA) bringen die passenden Aminosäuren. Jede tRNA hat ein Anticodon, das komplementär zu einem Codon passt.
- Das Ribosom verknüpft die Aminosäuren in der Reihenfolge der Codons zu einer Kette.
- Beim Stoppcodon löst sich die fertige Aminosäurekette. Sie faltet sich zum funktionsfähigen Protein.
Mutationen
Ändert sich eine Base in der DNA (Genmutation), kann ein anderes Codon entstehen. Manchmal ändert sich nichts (stumme Mutation), manchmal entsteht eine andere Aminosäure oder ein vorzeitiges Stoppcodon. Bei der Sichelzellanämie führt der Austausch einer einzigen Base zu einer veränderten Aminosäure im Hämoglobin.
Merke
Transkription: Im Zellkern wird ein Gen in mRNA umgeschrieben (U statt T). Translation: An den Ribosomen bringen tRNAs Aminosäuren, die nach den Codons der mRNA verknüpft werden. Ein Codon besteht aus drei Basen, AUG ist das Startcodon.
So sieht es in der Praxis aus
Beispiel 1
- Komplementär: T → A, A → U, C → G, G → C
- Die mRNA wird 5' → 3' gebildet.
Ergebnis mRNA: 5'-AUGCCUAAG-3'
Beispiel 2
- AUG: Methionin (Start)
- CCU: Prolin
- AAG: Lysin
Ergebnis Met-Pro-Lys (Methionin, Prolin, Lysin)
Jetzt bist du dran
Welche Base ersetzt Thymin in der RNA?
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Uracil.
Wie viele Basen bilden ein Codon?
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Drei.
Wo findet die Translation statt?
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An den Ribosomen im Zellplasma.
Wie viele verschiedene Codons gibt es?
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4³ = 64.
Häufige Fehler vermeiden
In der mRNA wird Thymin verwendet.
Die RNA enthält Uracil statt Thymin.
Transkription und Translation werden verwechselt.
Transkription: DNA zu mRNA (Abschrift). Translation: mRNA zu Protein (Übersetzung).
Hinweis zur Klassenstufe
Die Einordnung in Klasse 11 folgt verbreiteten Lehrplänen. Maßgeblich ist, was deine Lehrkraft für die Arbeit angekündigt hat.