Proteine

Vom Gen zum Protein – die einzelnen Schritte

Die m-RNS – die Kopie der Erbanlagen – gelangt durch Poren in der Kernmembran in das umgebende Zellplasma. Die Auswertung der genetischen Information übernehmen weitere Ribonukleinsäuren, die Überträger-Ribonukleinsäuren (englisch „transfer-RNS“, kurz t-RNS), die im Zellplasma zahlreich vorhanden sind. Sie haben die konkrete Aufgabe, die Proteine entsprechend der genetischen Botschaft zusammenzusetzen.

Die kleinen Überträger-RNS-Moleküle unterscheiden sich geringfügig in ihrem Aufbau voneinander und passen deshalb zu verschiedenen Aminosäuren, den Bausteinen der Proteine. Zwanzig verschiedene Aminosäuren gibt es; auch sie sind reichlich im Zellplasma vorhanden. Jedes der verschiedenen Überträger-RNS-Moleküle fischt sich aus diesem Vorrat die jeweils passgenaue Aminosäure heraus. Dabei befinden sich die Aminosäure am einen Ende und eine für diese Aminosäure spezifische Dreiergruppe von Basen am anderen Ende der Überträger-RNS. Diese Basen-Dreiergruppe – die Wissenschaftler sprechen von einem Codon – passt wie ein Schlüssel zum Schloss der Boten-RNS. Sie ist komplementär zur Basen-Dreiergruppe der Boten-RNS, der getreuen Abschrift der im Kern „festsitzenden“ Erbinformation.

Überträger-RNS und Boten-RNS treffen sich im Zellplasma nicht zufällig, sondern an einem bestimmten Ort, dem Ribosom. Von diesen zellulären Werkstätten gibt es viele im Zellplasma. In ihnen werden die Eiweißkörper montiert. Dazu gleitet die kurze Überträger-RNS mit „ihrer“ Aminosäure an der Boten-RNS, die sich am Ribosom angelagert hat, entlang. Kommt die Basen-Dreiergruppe der Überträger-RNS an einer komplementären Dreiergruppe der Boten-RNS vorbei, klinkt sich das Überträger-RNS-Molekül mit seinem einen Ende ein und gibt an seinem anderen Ende die Aminosäure ab. Diesen Prozess bezeichnet man als Translation. Die Aminosäuren verbinden sich daraufhin wie Glieder einer Kette miteinander – und zwar exakt nach den Anweisungen, der in der Reihenfolge der Basen verschlüsselten genetischen Information. Wenn die Arbeitsanweisung des Gens in dieser Art und Weise ausgeführt wurde, löst sich der fertige Aminosäurefaden von seiner Produktionsstätte, dem Ribosom, und faltet oder knäuelt sich in charakteristischer Weise zum fertigen Protein, das nun im Körper seine vorherbestimmte Aufgabe erfüllt.

Abb.: Aminisäurensynthese am Ribosom

Bei der Translation wird die Information eines bestimmten DNS-Abschnitts (Gen) in eine Aminosäurekette umgeschrieben. Dazu wird die Information auf der Boten-RNS zunächst "zwischengespeichert". Diese m-RNS verlässt den Zellkern und wird im Zellplasma, also außerhalb des Zellkerns, von Ribosomen schrittweise abgelesen und in eine Folge von Aminosäuren umgesetzt. Dies geschieht durch die Überträger-RNS.

Proteine – Bausteine des Lebens

Ein Gen enthält die Information, die die Ribosomen anweist, wie ein bestimmtes Protein herzustellen ist. Ein Beispiel: Das Myosin-Gen enthält die Information für die Konstruktion des Muskelproteins Myosin. Wenn der Organismus signalisiert, dass er mehr Muskeln braucht, etwa aufgrund von harter körperlicher Arbeit oder intensiven sportlichen Trainings, wird das Myosin-Gen aktiviert und die Muskelzellen produzieren das Protein Myosin. Dieses zählt zu den so genannten kontraktilen Proteinen – ohne sie kann sich kein Organismus bewegen. Es gibt noch viele weitere derart lebenswichtige Aufgaben, die Proteine aufgrund ihrer Vielfalt übernehmen – kein Vorgang im lebenden Körper kann ohne Proteine ablaufen.

Die Gene enthalten in verschlüsselter Form die Anweisungen dafür, dass die Proteine zur richtigen Zeit an der richtigen Stelle und für den richtigen Zweck bereitgestellt werden. Geschieht dies nicht, wird zu viel oder zu wenig des jeweils gefragten Proteins produziert oder ist das Protein aufgrund von Baufehlern nicht funktionstüchtig, können Krankheiten entstehen.

Übersicht der Proteine

  • Strukturproteine bilden das Stützgerüst des Organismus; das Protein Kollagen ist beispielsweise in Sehnen, Knochen und Knorpel enthalten.
  • Kontraktile Proteine wie Myosin oder Aktin sind unverzichtbare Bestandteile der Muskeln.
  • Besonders vielfältig und wichtig sind die Proteine, die als Enzyme arbeiten. Sie katalysieren die unzähligen biochemischen Reaktionen in einem Organismus.
  • Transportproteine befördern wichtige Moleküle. Das Protein Hämoglobin in den roten Blutkörperchen transportiert beispielsweise Sauerstoff zu den Zellen.
  • Regulationsproteine steuern und koordinieren chemische Reaktionen in der Zelle und im Organismus. Ein Beispiel ist das Hormon Insulin, das den Zuckerstoffwechsel reguliert.
  • Schutzproteine bewahren den Körper vor den Folgen von Verletzungen. Sie wehren auch Krankheitserreger ab. Beispiele sind Thrombin, das Blut gerinnen lässt, um Wunden zu verschließen, oder Immunglobuline, die „Abwehrjäger“ des Immunsystems.
  • Speicherproteine sind in der Lage, Substanzen für den zukünftigen Bedarf aufzubewahren. Ein Beispiel ist Ferritin, das Eisen in der Leber speichert.
  • Kontrollproteine regeln verschiedene Abläufe in einem Organismus. Dazu gehört auch, das korrekte Ablesen der DNS. Dieser wichtige Vorgang wird von so genannten Transkriptionsfaktoren kontrolliert; das sind Proteine, die das Ablesen der Gene (die Transkription) beeinflussen und je nach Bedarf Gene an- oder abschalten.