Eiweißsynthese

Die Eiweißsynthese (Proteinbiosynthese)

Der Zellkern hält in Form der DNA die Erbinformation gespeichert. Zur Ausbildung eines Merkmals muss ein bestimmtes Eiweiß hergestellt werden.

Für die Durchführung des Stoff- und Energiewechselprozesses ist aber nicht der Zellkern, sondern das Zellplasma verantwortlich. Versuche mit radioaktiv markierten C-Atomen haben bestätigt, dass Eiweiße nicht im Zellkern, sondern im Zellplasma an den Ribosomen synthetisiert werden. Ribosomen sind kugelförmige Gebilde, die sich auf dem endoplasmatischen Reticulum oder frei im Cytoplasma befinden. Sie bestehen aus zwei Untereinheiten und übersetzen die Erbinformation der DNA in eine bestimmte Aminosäurenfolge der Proteine. Die DNA befindet sich jedoch im Zellkern und verlässt ihn nicht.

Wie kann nun die Botschaft des Zellkerns zum Aufbau von Proteinen ins Zellplasma zu den Ribosomen gelangen, von ihnen erkannt und umgesetzt werden?

Die Erforschung dieses Zusammenhangs gelang durch die Arbeit mit zellfreien Systemen. Dazu gewinnt man verschiedene Zellbestandteile, gibt sie in ein Reagenzglas und fügt so lange verschiedene Stoffe hinzu, bis die Eiweißsynthese in vitro abläuft.

In der Auswertung von Untersuchungen zeigte sich, dass neben der DNA noch die RNA für die Eiweißsynthese (Proteinbiosynthese) verantwortlich ist. Sie ermöglichte es auch, die Vorgänge im Einzelnen zu rekonstruieren.

Ablauf der Proteinbiosynthese

Die Proteinbiosynthese erfolgt durch zwei eng miteinander verbundene biochemische Prozesse. Im ersten Teilprozess erfolgt die Umschreibung der Erbinformation der DNA in eine „Botschaft“ in Form der Boten-RNA (engl.: messenger-RNA, mRNA) und der Transport dieser Botschaft aus dem Zellkern zu den Ribosomen. Dieser Teilprozess wird als Transkription bezeichnet.

Der zweite Teilprozess beinhaltet die Übertragung der Botschaft der mRNA in die adäquate Aminosäurenfolge der Eiweiße an den Ribosomen. Die Aminosäuren werden mithilfe der Transport-RNA (engl.: transfer-RNA, tRNA) zu den Ribosomen transportiert. Dieser Teilprozess wird Translation (Übersetzung) genannt.

Nach der Abgabe der Aminosäure wandert die tRNA wieder ins Cytoplasma. Sie kann dort erneut eine Aminosäure binden und sie zu den Ribosomen transportieren. Der Fluss der genetischen Information hat damit folgende Reihenfolge:

DNA ⇒ mRNA ⇒ tRNA ⇒ Eiweiß

Proteine als Grundlage von Merkmalen

Proteine sind die Grundlage für die Ausbildung von Merkmalen. Sie sind durch die Reihenfolge ihrer Aminosäuren bestimmt. Die genetische Information der DNA wird über die mRNA und die tRNA in die Aminosäurenfolge der Proteine übersetzt.

So bewirkt die gleiche Reihenfolge der organischen Basenpaare einer Erbanlage (eines Gens) in der Mutterzelle und in den Tochterzellen die jeweils gleiche Ausbildung des bestimmten Proteins und damit die Ausprägung eines bestimmten Merkmals.