Die Proteinbiosynthese beschreibt, wie aus der Information auf der DNA ein Protein entsteht. Sie ist eines der zentralen Themen der Genetik in der Oberstufe und kommt in fast jeder Biologie-Abiturprüfung vor. Wer die beiden Schritte – Transkription und Translation – sicher beherrscht, hat eine wichtige Grundlage für Genregulation, Mutationen und Gentechnik.
Warum Proteine so wichtig sind
Proteine sind die Werkzeuge der Zelle: Enzyme beschleunigen Reaktionen, Strukturproteine geben Halt, Transportproteine befördern Stoffe, Hormone übermitteln Signale. Die Bauanleitung für jedes Protein steht in einem Gen auf der DNA.
Schritt 1: Transkription (im Zellkern)
Die DNA bleibt im Zellkern. Deshalb wird von dem benötigten Gen eine Arbeitskopie angefertigt – die mRNA (messenger-RNA).
- Das Enzym RNA-Polymerase bindet an den Promotor, den Startbereich des Gens.
- Die DNA-Doppelhelix wird lokal geöffnet.
- Am codogenen Strang werden komplementäre RNA-Nukleotide angelagert: A gegenüber T wird zu U, T zu A, G zu C, C zu G.
- Am Terminator endet die Transkription, die mRNA löst sich.
Bei Eukaryoten wird die prä-mRNA anschließend prozessiert: Introns werden herausgeschnitten (Spleißen), die Exons verbunden. Die reife mRNA verlässt den Zellkern durch die Kernporen.
Schritt 2: Translation (am Ribosom)
Am Ribosom im Zellplasma wird die Basensequenz der mRNA in eine Aminosäuresequenz übersetzt.
- Initiation: Das Ribosom bindet an die mRNA und sucht das Startcodon AUG.
- Elongation: tRNA-Moleküle bringen die passenden Aminosäuren. Jedes tRNA hat ein Anticodon, das zu einem Codon der mRNA passt. Die Aminosäuren werden durch Peptidbindungen verknüpft.
- Termination: Bei einem Stoppcodon (UAA, UAG, UGA) endet die Translation, das Protein wird freigesetzt.
Der genetische Code
Je drei Basen der mRNA (ein Codon oder Triplett) codieren eine Aminosäure. Bei vier Basen gibt es 4³ = 64 mögliche Codons für 20 Aminosäuren – der Code ist also redundant (degeneriert): Mehrere Codons können dieselbe Aminosäure codieren. Außerdem ist er universell – fast alle Lebewesen nutzen denselben Code. Die Codesonne ist das Werkzeug, um Codons abzulesen: von innen nach außen.
Ein Beispiel zum Üben
Codogener DNA-Strang: 3'-TAC-GGA-CTT-5'. mRNA: 5'-AUG-CCU-GAA-3'. Aminosäuren laut Codesonne: Methionin – Prolin – Glutaminsäure.
Mutationen und ihre Folgen
- Stumme Mutation: Ein Basenaustausch führt zum selben Aminosäure-Codon – keine Auswirkung.
- Missense-Mutation: Eine andere Aminosäure wird eingebaut – z. B. bei der Sichelzellanämie.
- Nonsense-Mutation: Ein Stoppcodon entsteht – das Protein bricht vorzeitig ab.
- Rasterschubmutation: Einfügen oder Verlust einer Base verschiebt das Leseraster – meist ein völlig anderes Protein.
Typische Fehler
- Thymin in der RNA statt Uracil.
- Codogener und codierender Strang verwechselt.
- Codesonne von außen nach innen gelesen.
- Die Richtung (5' → 3') nicht beachtet.
Teste dich selbst
- Welche Base ersetzt Thymin in der RNA? – Lösung: Uracil.
- Wie lautet das Startcodon? – Lösung: AUG.
- Codogener Strang 3'-TAC-5' – welche mRNA? – Lösung: 5'-AUG-3'.
- Wie viele Codons gibt es insgesamt? – Lösung: 64.
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Häufige Fragen (FAQ)
Wo finden Transkription und Translation statt?
Bei Eukaryoten die Transkription im Zellkern, die Translation an den Ribosomen im Zellplasma.
Warum ist der genetische Code redundant?
Weil es 64 mögliche Codons, aber nur 20 Aminosäuren gibt. Mehrere Codons codieren daher dieselbe Aminosäure.
Was ist eine Rasterschubmutation?
Das Einfügen oder Entfernen einzelner Basen, wodurch sich das Leseraster verschiebt und meist ein völlig anderes Protein entsteht.
Alle Übungsblätter nach Fach und Klasse findest du in der Übersicht.
