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Proteinbiosynthese
Die Proteinbiosynthese, auch Eiweißsynthese genannt, ist die Herstellung eines Proteins oder Polypeptids. Sowohl Proteine als auch Polypeptide sind Ketten aus Aminosäuren, die sich in ihrer Länge und ihrer Abfolge unterscheiden. Sie werden auf Grund der in der Desoxyribonukleinsäure (DNS) gegebenen Erbinformation an den Ribosomen der Zellen gebildet. Der genetische Code besteht aus vier Buchstaben, den Basen der DNA: Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin bilden die „Schrift“ der Gene. Die „Worte“ bestehen nur aus je drei Buchstaben (Triplett, Codon), z.B. GAC. Jedes dieser Tripletts wird auf die mRNA kopiert und schließlich von Ribosomen in eine bestimmte Aminosäure übersetzt. Hierbei muss beachtet werden, dass bei der RNA (Ribonukleinsäure) die Base Thymin durch Uracil ersetzt worden ist. Übertragen werden die Aminosäuren mit Transfer-RNA (tRNA), die das entsprechende Anti-Codon tragen, somit an die mRNA gebunden sind und die korrekte Aminosäure mit der vorhergehenden verknüpft. So wächst die Kette der Aminosäuren bis zum Stopp-Codon des Transkripts. Das ist für das Ribosom ein Signal, an dieser Stelle aufzuhören. Die Aminosäurekette des Proteins ist somit fertig.
Transkription und DNA-Analyse
Die Transkription ist ein Vorgang, der im Zellkern stattfindet. Er ähnelt stark der Replikation, Reduplikation, nur dass nicht die gesamte DNA „abgeschrieben“ wird. Nur ein kleiner Teil, ein Gen. Gene sind Abschnitte auf der DNA, also bestimmte Nukleotidsequenzen.
Weiterhin werden für die Abschrift nicht DNA-Nukleotide sondern RNA-Nukleotide verwendet. Das Abschreiben des Gens erfolgt durch das Enzym RNA-Polymerase (und andere Proteine), das als Substrat DNA und die Triphosphate ATP, UTP, CTP und GTP benötigt. Daraus wird komplementär zu einem DNA-Strang eine fortlaufende RNA-Kette (mRNA) unter Abspaltung der beiden jeweiligen Phosphatreste der Triphosphate erstellt.
Das Startsignal für die Synthese wird durch eine bestimmte Nukleotidsequenz gegeben – meist GTA. Diese wird als erstes abgeschrieben. Man nennt sie Starter-Codon. Die Beendigung der mRNA-Synthese ist ebenfalls durch ein Terminator-Codon gegeben, das ATT, ATC oder ACT als Nukleotidsequenz hat.
Translation und DNA-Analyse
Unter Translation versteht man die Übersetzung einer Basensequenz in eine Aminosäuresequenz. Die wichtigsten Komponenten der Proteinbiosynthese sind mRNA, tRNA, Aminosäuren usw.. Weiterhin werden Ribosomen benötigt. Es gibt keine strukturelle Verwandtschaft zwischen Codon und der dazugehörigen Aminosäure, und man benötigt daher einen Adaptor (die tRNA), der die Aminosäure bindet und das zugehörige Codon erkennt. Aus der Struktur der tRNA ist folgendes ablesbar:
1. Das Anticodon liegt stets an der gleichen Stelle, am Ende einer der Schleifen.
2. Die Basen des Anticodons sind nicht mit anderen Basen innerhalb des tRNS-Moleküls gepaart.
3. Die Aminosäure hängt am entgegengesetzten Ende des tRNA-Moleküls an einem der freien Enden.
Diese Eigenschaften bilden die Voraussetzungen für die Adaptorfunktion. Wegen der kompakten Form können an einem mRNA-Molekül nebeneinander mehrere tRNA-Moleküle gebunden werden, so dass jedes Codon lückenlos besetzt wird. Um einer Peptidbindung zwischen zwei Aminosäuren zu ermöglichen müssen diese in räumlicher Nähe zueinander gebracht werden. Da ein oder mehrere Enzyme dazu alleine nicht in der Lage sind, wird die Oberfläche einer großen supramolekularen Struktur benötigt. Diese Aufgabe erfüllen die Ribosomen.
Telomere, Chromosomenenden und innere Uhr der Zellen
Die Telomere, Chromosomenenden, sind die natürlichen einzelsträngigen Chromosomenenden linearer Chromosomen. Sie sind als eine Art Schutzkappe platziert. Sie sind für die Stabilität von Chromosomen wesentliche Strukturelemente der DNA. Telomere besitzen einen hohen Guanin- und Thymin-Anteil, der hochrepetitiv (oft wiederholt) ist. Für den Stabilisierungseffekt ist auch die gefaltete Sekundärstruktur der Telomere wichtig. Telomere werden mit biologischen Vorgängen in Verbindung gebracht, die mit der Alterung von Zellen (Zellseneszenz), aber auch deren Immortalisierung und damit auch Entstehung von Krebs zusammenhängen. Mit jeder Zellteilung verkürzen sich die Telomere unaufhaltsam, da die DNA-Polymerase am Folgestrang nicht mehr ansetzen kann. Wird ein kritisches Minimum der Telomerlänge unterschritten, kann sich die Zelle nicht mehr teilen. Es tritt der programmierte Zelltod (Apoptose) oder ein permanenter Wachstumsstopp (Seneszenz) ein. Die hierdurch entstehende Begrenzung der zellulären Lebenszeit wird als Tumorsupressor-Mechanismus verstanden.
Die Telomere bestehen zur Geburt aus mehreren tausend Bausteinen, welche sich im Laufe des Lebens bei jeder Zellteilung verkürzen. Unterschreiten sie eine bestimmte Länge, geht bei der nächsten Teilung wichtige genetische Information verloren – die Zelle stirbt ab. Die Länge der Telomere wird als Marker für das Alter einer Zelle betrachtet. Bei Zellen, die sich sehr häufig teilen, z.B. Knochenmarkstammzellen oder auch Immunzellen, ergänzt das Enzym Telomerase nach jeder Teilung das fehlende Stück.
Bilder: © MediDesign Frank Geisler
Die Bilder können direkt über das Bildarchiv www.medical-pictures.de erworben werden.
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