Proteinbiosynthese – Definition, Ablauf und Bedeutung

Die Proteinbiosynthese beschreibt die Bildung von Eiweißen (Proteinen) in Lebewesen. Sie bestehen aus Aminosäuren. Jedes Protein hat einen spezifischen Aufbau aufgrund von verschiedenen aneinandergereihten Aminosäuren. Die Information, aus welchen und wie vielen Aminosäuren ein Protein aufgebaut ist und in welcher Reihenfolge diese angeordnet sind, ist in der Desoxyribonukleinsäure (DNA) gespeichert. Die Proteinbiosynthese beschreibt den gesamten Prozess von der DNA bis hin zum fertigen Protein. 

Proteine erfüllen viele wichtige und vielseitige Funktionen im Körper. Sie können beispielsweise als 

• Enzyme, 
• Strukturproteine, 
• Transportproteine, 
• Abwehrproteine, 
• Hormone oder 
• Speicherproteine 

fungieren.

Der Ablauf der Proteinbiosynthese lässt sich in zwei Teilschritte gliedern – die Transkription und die Translation.

Die Information für den Aufbau von Proteinen befindet sich in der DNA. Während der Transkription (engl. transcribe = umschreiben) werden die DNA-Stränge, die die benötigten Informationen enthalten, kopiert und in eine transportfähige Form umgewandelt. Die Transkription findet im Zellkern statt – wort, wo sich die DNA befindet. Die DNA liegt in Form einer Doppelhelix vor. Die einzelnen Bausteine bestehen aus Zucker, Phosphaten und den Basen Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin. 

Die RNA-Polymerase ist ein Enzym, das sich an der DNA entlangbewegt und die Basen, aus denen die DNA besteht, überprüft. Trifft die RNA-Polymerase auf eine bestimmte Abfolge von Basen, dem Promotor, bindet sie sich an diese Stelle und beginnt dort, die DNA zu entspiralisieren und aufzuspalten. Aus dem DNA-Doppelstrang entwickeln sich dadurch zwei Einzelstränge.

Der für den Aufbau eines Proteins benötigte Strang ist der codogene Strang. Er enthält die notwendigen Informationen. Dazu liest die RNA-Polymerase den codogenen Strang ab und legt jeder Base des Strangs die jeweils komplementäre Base gegenüber. Die Basen Adenin und Thymin sind komplementär, ebenso die Basen Cytosin und Guanin. Die komplementären Basen werden miteinander verknüpft und es entsteht eine lange Kette – die mRNA. Anstelle der Base Thymin enthält die RNA jedoch die Base Uracil. 

Wenn die RNA-Polymerase eine bestimmte Basensequenz, den Terminator, erreicht, endet die Transkription. Die RNA-Polymerase löst sich von der DNA und der neu gebildete mRNA-Strang wird freigesetzt.

Während der Translation (engl. translation = Übersetzung) wird die mRNA, die während der Transkription gebildet wurde, in Proteine übersetzt. Die Translation findet an den Ribosomen im Cytoplasma der Zelle statt.

Die mRNA wird aus dem Zellkern zu den Ribosomen transportiert. Dort wird die Basensequenz abgelesen und übersetzt. Drei aufeinanderfolgende Basen bilden ein Basentriplett, das auch als Codon bezeichnet wird. Jeweils ein Codon codiert für eine bestimmte Aminosäure. Das Codon AGC beispielsweise codiert die Aminosäure Serin. Je nachdem aus welchen drei Basen ein Codon besteht, wird eine entsprechende Aminosäure angelagert. Die Aminosäuren werden miteinander verknüpft und es entsteht ein Protein.

Wir Menschen gehören, ebenso wie Tiere und Pflanzen, zu den Eukaryoten. Eine weitere Gruppe von zellulären Lebewesen sind die Prokaryoten, zu denen Bakterien und Archaeen gehören. Die Proteinbiosynthese der Prokaryoten und die der Eukaryoten verläuft sehr ähnlich, es gibt jedoch auch einige Unterschiede:

1. Die Transkription findet bei den Eukaryoten im Zellkern statt, bei den Prokaryoten jedoch im Cytoplasma. Das liegt daran, dass Prokaryoten keinen Zellkern besitzen und die DNA frei im Cytoplasma liegt.
2. Die mRNA der Eukaryoten wird im Anschluss an die Transkription zugeschnitten und modifiziert. Dieser Prozess wird als RNA-Prozessierung bezeichnet. Dadurch wird die RNA vor Abbau und Beschädigung während des Transports zu den Ribosomen geschützt und unwichtige Stellen werden herausgeschnitten. Bei Prokaryoten ist dieser Schritt nicht notwendig, da die mRNA nicht so einen langen Weg zu den Ribosomen zurücklegen muss. 
3. Die mRNA der Eukaryoten ist deutlich länger als die der Prokaryoten.
4. Die mRNA der Prokaryoten kann von mehreren Ribosomen gleichzeitig abgelesen werden, wodurch der Translationsvorgang schneller ablaufen kann. Außerdem kann bereits während der Transkription mit der Translation begonnen werden.

In der Tabelle sind einige Gemeinsamkeiten und Unterschiede zusammengefasst.