Die Zelle jedes Organismus ist eine große Fabrik zur Herstellung von Chemikalien. Hier finden Reaktionen bei der Biosynthese von Lipiden, Nukleinsäuren, Kohlenhydraten und natürlich Proteinen statt. Proteine spielen eine enorme Rolle im Leben der Zelle, da sie viele Funktionen erfüllen: enzymatische, signalgebende, strukturelle, schützende und andere.
Proteinbiosynthese: Beschreibung des Prozesses
Der Aufbau von Proteinmolekülen ist ein komplexer mehrstufiger Prozess, der unter der Wirkung einer großen Anzahl von Enzymen und in Gegenwart bestimmter Strukturen abläuft.
Die Synthese jedes Proteins beginnt im Zellkern. Informationen über die Struktur des Moleküls werden in der DNA der Zelle gespeichert, von der sie abgelesen werden. Nahezu jedes Gen in einem Organismus codiert ein einzigartiges Proteinmolekül.
Welche Rolle spielt das Zytoplasma bei der Proteinbiosynthese? Tatsache ist, dass das Zytoplasma der Zelle ein "Pool" für Monomere komplexer Substanzen sowie Strukturen ist, die für den Prozess der Proteinsynthese verantwortlich sind. Auch die innere Umgebung der Zelle hat einen konstanten Säuregeh alt undIonengeh alt, der bei biochemischen Reaktionen eine wichtige Rolle spielt.
Die Proteinbiosynthese findet in zwei Stufen statt: Transkription und Translation.
Transkription
Diese Phase beginnt im Zellkern. Hier spielen Nukleinsäuren wie DNA und RNA (Desoxy- und Ribonukleinsäuren) die Hauptrolle. Bei Eukaryoten ist die Einheit der Transkription das Transkript, während bei Prokaryoten diese Organisation der DNA Operon genannt wird. Der Unterschied zwischen der Transkription in Prokaryoten und Eukaryoten besteht darin, dass ein Operon ein Abschnitt eines DNA-Moleküls ist, das mehrere Proteinmoleküle codiert, wenn das Transkript nur Informationen über ein Proteingen trägt.
Die Hauptaufgabe der Zelle auf der Stufe der Transkription ist die Synthese von Boten-RNA (mRNA) auf der DNA-Matrize. Dazu dringt ein Enzym wie die RNA-Polymerase in den Zellkern ein. Es ist an der Synthese eines neuen mRNA-Moleküls beteiligt, das komplementär zur Desoxyribonukleinsäure-Stelle ist.
Für erfolgreiche Transkriptionsreaktionen ist die Anwesenheit von Transkriptionsfaktoren, die auch als TF-1, TF-2, TF-3 abgekürzt werden, notwendig. Diese komplexen Proteinstrukturen sind an der Verbindung der RNA-Polymerase mit dem Promotor auf dem DNA-Molekül beteiligt.
Die mRNA-Synthese wird fortgesetzt, bis die Polymerase die Endregion des Transkripts erreicht, die als Terminator bezeichnet wird.
Der Operator ist als weiterer Funktionsbereich des Transkripts dafür verantwortlich, die Transkription zu hemmen oder umgekehrt die Arbeit der RNA-Polymerase zu beschleunigen. Verantwortlich fürRegulierung der Arbeit von Transkriptionsenzymen spezielle Protein-Inhibitoren bzw. Protein-Aktivatoren.
Broadcast
Nachdem die mRNA im Zellkern synthetisiert wurde, gelangt sie in das Zytoplasma. Um die Frage nach der Rolle des Zytoplasmas in der Proteinbiosynthese zu beantworten, lohnt es sich, das weitere Schicksal des Nukleinsäuremoleküls im Translationsstadium genauer zu analysieren.
Die Translation erfolgt in drei Phasen: Initiation, Elongation und Termination.
Zunächst muss mRNA an Ribosomen anhaften. Ribosomen sind kleine Nichtmembranstrukturen der Zelle, die aus zwei Untereinheiten bestehen: klein und groß. Zuerst heftet sich die Ribonukleinsäure an die kleine Untereinheit, und dann schließt die große Untereinheit den gesamten Translationskomplex, sodass sich die mRNA im Inneren des Ribosoms befindet. Eigentlich ist dies das Ende der Initiationsphase.
Welche Rolle spielt das Zytoplasma bei der Proteinbiosynthese? Zuallererst ist es eine Quelle von Aminosäuren - den Hauptmonomeren eines jeden Proteins. Auf der Stufe der Elongation erfolgt ein allmählicher Aufbau der Polypeptidkette, beginnend mit dem Startcodon Methionin, an das die restlichen Aminosäuren angehängt werden. Das Codon ist in diesem Fall ein Triplett von mRNA-Nukleotiden, das für eine Aminosäure kodiert.
In diesem Stadium ist eine andere Art von Ribonukleinsäure mit der Arbeit verbunden – Transfer-RNA oder tRNA. Sie sind dafür verantwortlich, Aminosäuren an den mRNA-Ribosomen-Komplex zu liefern, indem sie einen Aminoacyl-tRNA-Komplex bilden. Die tRNA-Erkennung erfolgt komplementärWechselwirkungen des Anticodons dieses Moleküls mit dem Codon auf der mRNA. Somit wird die Aminosäure an das Ribosom geliefert und an die synthetisierte Polypeptidkette angehängt.
Die Beendigung des Translationsprozesses erfolgt, wenn die mRNA die Stopcodon-Abschnitte erreicht. Diese Codons tragen Informationen über das Ende der Peptidsynthese, wonach der Ribosomen-RNA-Komplex zerstört wird und die Primärstruktur des neuen Proteins für weitere chemische Umwandlungen in das Zytoplasma gelangt.
Besondere Proteininitiationsfaktoren IF und Elongationsfaktoren EF sind am Translationsprozess beteiligt. Sie sind unterschiedlicher Art und ihre Aufgabe ist es, die korrekte Verbindung von RNA mit Ribosomen-Untereinheiten sowie die Synthese der Polypeptidkette selbst in der Elongationsphase sicherzustellen.
Welche Rolle spielt das Zytoplasma bei der Proteinbiosynthese: Kurz zu den Hauptkomponenten der Biosynthese
Nachdem die mRNA den Zellkern in die innere Umgebung der Zelle verlassen hat, muss das Molekül einen stabilen Translationskomplex bilden. Welche Bestandteile des Zytoplasmas müssen im Stadium der Translation vorhanden sein?
1. Ribosomen.
2. Aminosäuren.
3. tRNA.
Aminosäuren - Proteinmonomere
Für die Synthese einer Proteinkette, das Vorhandensein im Zytoplasma der strukturellen Komponenten des Peptidmoleküls - Aminosäuren. Diese niedermolekularen Substanzen haben in ihrer Zusammensetzung eine Aminogruppe NH2 und einen Säurerest COOH. Ein weiterer Bestandteil des Moleküls – das Radikal – ist das Markenzeichen jeder einzelnen Aminosäure. Welche Rolle spielt dabei das Zytoplasma?Proteinbiosynthese?
AA treten in Lösungen in Form von Zwitterionen auf, die dieselben Moleküle sind, die Wasserstoffprotonen abgeben oder aufnehmen. So wird die Aminogruppe von Aminosäuren in NH3+ umgewandelt und die Carbonylgruppe in COO-.
Insgesamt gibt es 200 AS in der Natur, von denen nur 20 proteinbildend sind. Darunter gibt es eine Gruppe essentieller Aminosäuren, die nicht im menschlichen Körper synthetisiert werden und nur mit der Nahrung in die Zelle gelangen, und nicht-essentielle Aminosäuren, die der Körper selbst bildet.
Alle AAs werden von einem Codon kodiert, das drei mRNA-Nukleotiden entspricht, und eine Aminosäure kann oft von mehreren solcher Sequenzen gleichzeitig kodiert werden. Das Methionin-Codon in Pro- und Eukaryoten ist das Ausgangscodon, weil es beginnt die Biosynthese der Peptidkette. Stoppcodons umfassen UAA-, UGA- und UAG-Nukleotidsequenzen.
Was sind Ribosomen?
Wie sind Ribosomen für die Biosynthese von Proteinen in der Zelle verantwortlich und welche Rolle spielen diese Strukturen? Zunächst einmal handelt es sich um Nichtmembranformationen, die aus zwei Untereinheiten bestehen: groß und klein. Die Funktion dieser Untereinheiten besteht darin, das mRNA-Molekül zwischen sich zu h alten.
Es gibt Stellen in Ribosomen, an denen mRNA-Codons eintreten. Insgesamt passen zwei solcher Drillinge zwischen die kleine und die große Untereinheit.
Mehrere Ribosomen können sich zu einem großen Polysom aggregieren, wodurch die Syntheserate der Peptidkette steigt und die Ausgabe sofort erh alten werden kannmehrere Kopien des Proteins. Hier ist die Rolle des Zytoplasmas bei der Proteinbiosynthese.
Arten von RNA
Ribonukleinsäuren spielen in allen Stadien der Transkription eine wichtige Rolle. Es gibt drei große Gruppen von RNA: Transport, ribosomal und informativ.
mRNAs sind an der Übertragung von Informationen über die Zusammensetzung der Peptidkette beteiligt. tRNAs sind Mediatoren beim Transfer von Aminosäuren zu Ribosomen, was durch die Bildung eines Aminoacyl-tRNA-Komplexes erreicht wird. Die Anlagerung einer Aminosäure erfolgt nur durch die komplementäre Wechselwirkung des Anticodons der Transfer-RNA mit dem Codon auf der Boten-RNA.
rRNA sind an der Bildung von Ribosomen beteiligt. Ihre Sequenzen sind einer der Gründe, warum mRNA zwischen den kleinen und großen Untereinheiten geh alten wird. Ribosomale RNAs werden in den Nukleolen produziert.
Bedeutung von Proteinen
Die Proteinbiosynthese und ihre Bedeutung für die Zelle sind kolossal: Die meisten körpereigenen Enzyme sind Peptidnatur, dank Proteinen werden Stoffe durch Zellmembranen transportiert.
Proteine erfüllen auch eine strukturelle Funktion, wenn sie Teil von Muskel-, Nerven- und anderen Geweben sind. Die Signalfunktion besteht darin, Informationen über die ablaufenden Prozesse zu übermitteln, beispielsweise wenn Licht auf die Netzhaut fällt. Schutzproteine – Immunglobuline – sind die Grundlage des menschlichen Immunsystems.
