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Proteinbiosynthese

  • J. ArnemannEmail author
Chapter
Part of the Springer Reference Medizin book series (SRM)

Synonym(e)

 Proteinsynthese

Englischer Begriff

protein biosynthesis

Definition

Proteinbiosynthese, oftmals auch nur Proteinsynthese genannt, beschreibt den Prozess der Umsetzung der genetischen Information eines Gens in Form der mRNA in eine Abfolge von Aminosäuren und damit in ein definiertes Protein.

Beschreibung

Die Proteinbiosynthese ist ein komplexer Vorgang, der sich aus mehreren Abschnitten zusammensetzt. Ausgangspunkt für die Synthese bzw. Translation eines definierten Proteins ist die Information eines Gens, die im Rahmen der  Transkription in mRNA-Moleküle umgeschrieben wird. Gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass als Grundstrukturen der Proteine die 20 verschiedenen  Aminosäuren in ausreichender Menge in der Zelle bzw. Zytoplasma vorhanden sind. Während 10 Aminosäuren vom Körper selbst synthetisiert werden können, müssen die übrigen 10 als essenzielle  Aminosäuren mit der Nahrungsaufnahme dem Körper zugefügt werden. Weiterhin werden die Ribosomen als eigentliche Translationsmaschinerie (s.  Translation) und (als Adapter für die Aminosäuren) die zugehörigen Transfer-RNAs (tRNAs) benötigt.

Ribosomen sind komplexe Strukturen, die aus ribosomaler RNA mit gebundenen Proteinen in einer Größe von 70 S ( Svedberg-Einheit) für Prokaryoten bzw. 80 S für Eukaryoten bestehen und Bindungsstellen für die Aminoacyl-tRNA („A-site“) und die Peptidyl-tRNA („P-site“) haben. Die tRNAs binden die definierten Aminosäuren kovalent mittels der spezifischen Aminoacyl-tRNA-Synthetasen. Die tRNAs haben in ihrer RNA-Sequenz einen Abschnitt von 3 Basen, der als Anticodon an das eigentliche  Codon der  mRNA spezifisch binden und die dazugehörige Aminosäure einbauen kann.

Die Ribosomen finden sich in Assoziation mit dem rauen endoplasmatischen Retikulum (RER) und können dabei Ribosomen-RER-Cluster ausbilden.

Beim Start der Translation liegen die Ribosomen als große bzw. kleine Untereinheit von 60 S bzw. 40 S dissoziiert vor. An die kleinere Untereinheit binden zu Beginn ein Komplex aus Met-tRNA und eukaryotischen Initiationsfaktoren. Dieser Komplex identifiziert das 5‘-AUG-Startcodon (für  Methionin) und bindet die mRNA. Anschließend lagert sich daran die große Ribosomenuntereinheit.

Die Met-tRNA wird nun in die „P-site“ verlagert, und die gemäß Codonsequenz der mRNA entsprechende nächste Amino-tRNA kann in der „A-site“ binden. Die in der großen ribosomalen Untereinheit gebundene Peptidyl-Transferase katalysiert nun die eigentliche Peptidbindung in der „A-site“ und transloziert die wachsende Peptidkette in die „P-site“, um die Bindung der nächsten Amino-tRNA in der „A-site“ zu ermöglichen.

Man schätzt, dass bei Eukaryonten ungefähr 6 Aminosäuren, bei Prokaryonten bis zu 20 Aminosäuren pro Sekunde eingebaut werden können. Im Falle der Polysomen bzw. Poly-Ribosomen können mehrere Ribosomen hintereinander geschaltet und so aus einem mRNA-Molekül mehrere Proteine translatiert werden. Die Translation wird beendet, wenn in der mRNA-Sequenz ein Terminations- oder Stoppsignal (UAA, UAG oder UCA) erreicht wird. Da die Stoppsignale keinem tRNA-Molekül entsprechen, bleibt die „A-site“ unbesetzt und das Ende der Translation wird hierdurch erkannt. Die Verbindung zwischen „P-site“ und der Peptidkette wird gespalten, das Ribosom dissoziiert in die beiden Untereinheiten, die mRNA wird freigesetzt und das Peptid ins endoplasmatische Retikulum oder Zytoplasma abgegeben. Die mRNA kann unter Umständen nochmals translatiert werden.

Das Protein wird posttranslational modifiziert und seiner Funktion zugeführt.

Literatur

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  3. Strachan T, Read AP (2005) Molekulare Humangenetik. Elsevier GmbH, MünchenGoogle Scholar

Copyright information

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Authors and Affiliations

  1. 1.Abteilung MolekulargenetikLabor Dr. WisplinghoffKölnDeutschland

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