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Proteine Biologie

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Proteine Biologie

Proteine, ein unscheinbares Wort, welches jedoch eine unvergleichliche Rolle in deinem täglichen Leben spielt. Sei es während jeder noch so kleinen Bewegung oder beim Essen, sie begegnen dir überall.

Proteine sind aus Aminosäuren zusammengesetzte Makromoleküle, die als wichtiger Baustoff deines Körpers und als Teil der Immunabwehr fungieren.

Ihren genauen Aufbau und alle wichtigen Zusammenhänge im Körper erfährst du nun im folgenden Artikel.

Proteine – Bedeutung

Proteine sind makromolekulare Substanzen der Natur und bilden eine der vier Hauptklassen organischer Verbindungen. Die drei weiteren sind Kohlenhydrate, Lipide und Nukleinsäuren.

Untereinander differenzieren sich die Proteine durch die Anzahl und Reihenfolge von Aminosäuren, wie auch durch deren Art. So wird eine spezifische Struktur festgelegt, welche am Ende entscheidend für die biologische Funktion der Proteine ist.

Proteine, auch Eiweiße genannt, sind dreidimensionale Makromoleküle, die aus mehreren Bausteinen, den Aminosäuren, zusammengesetzt sind.

Sie übernehmen eine Vielzahl unterschiedlichster Aufgaben in unserem Organismus. Besonders hervorzuheben ist ihre Eigenschaft als Biokatalysator, in welcher sie an einem Großteil der in unserem Körper ablaufenden Stoffwechselvorgänge beteiligt sind.

Sie sind zudem ein wichtiger Bestandteil des Zytoskeletts der Zelle und damit ein lebenswichtiger Aufbaustoff.

Insgesamt sind 21 proteinogene Aminosäuren bekannt, welche kettenförmig miteinander verbunden sind und so die Grundbausteine aller Eiweiße bilden.

Proteine – Eigenschaften

Nun weißt du bereits, dass ein Protein aus mehreren Aminosäuren zusammengesetzt ist. Im Regelfall besteht dieses aus ca. 100–300 aneinandergereihten Aminosäuren.

Natürlich müssen diese Ketten untereinander festgehalten werden, was durch Peptidbindungen gewährleistet wird.

Peptidbindungen können aber auch gespalten werden. Geht auf diese Weise die räumliche Struktur eines Proteins verloren, so wird dies als Denaturierung bezeichnet. Diese ist meist durch äußere Einflüsse hervorgerufen. Ursachen hierfür wären unter anderem Temperaturänderungen, oft durch Hitze, oder pH-Änderungen, da hier durch Ladungsveränderungen die Proteinstruktur zerstört wird.

Beim Eierkochen kann die Denaturierung gut beobachtet werden. Durch die Hitze beim Kochen denaturieren die Proteine im Eiweiß und es gerinnt. In diesem Fall liegt eine irreversible/unumkehrbare Denaturierung vor.

Vielleicht ist dir die "Dauerwelle" ein begriff. Hier findet in den Haaren ein chemischer Umformungsprozess statt, genauer gesagt eine reversible/umkehrbare Denaturierung, welche mit den schwefelhaltigen Seitenketten der Eiweiße zu erklären ist. Diese vernetzen einzelne Polypeptidketten miteinander, was schlussendlich zu lockigen Haaren führt.

Proteine – Funktion

Was genau tun Proteine eigentlich in und für unseren Körper?

Sie kommen an unzähligen Stellen zum Einsatz und haben die vielfältigsten Aufgaben zu bewältigen. So wird beispielsweise wird durch kontraktile Proteine die Bewegungsfähigkeit eines Lebewesens gewährleistet.

Proteine als Biokatalysatoren

Vielleicht hast du schon einmal etwas von Biokatalysatoren gehört. Diese Stoffeigenschaft, wie sie die Proteine besitzen, ist von großem Nutzen für deinen Körper, denn sie spart dir eine große Menge an Energie.

Biokatalysatoren sind Stoffe, die eine Reaktion im Körper beschleunigen und dabei die benötigte Aktivierungsenergie für den Körper herabsetzen. Das Besondere an ihnen ist, dass sie dabei selbst nicht verbraucht werden und unverändert aus der Reaktion hervorgehen können.

Proteine als Baustoffe

Eiweiße haben auch eine essenzielle Bedeutung als Bau- und Betriebsstoff, denn sie sind ein wichtiger Bestandteil des Zytoskeletts und des Zytoplasmas.

Sogenannte Strukturproteine sind sogar teilweise gut ohne Mikroskop zu erkennen. Zu ihrer Gruppe zählen nämlich jene, die Haut, Haare, Nägel, Knochen und Knorpel bilden.

Transportproteine

Eine wichtige Gruppe sind auch die Transportproteine, denn sie ermöglichen den Stoffaustausch der Zellen.

Zu diesen Proteinen zählt das Hämoglobin, welches als Transportprotein für Sauerstoff im Blut fungiert. Da es sowohl hydrophile als auch lipophile Bestandteile besitzt, ist es in Wasser bzw. Blut löslich und kann wasserunlösliche Stoffe binden und transportieren.

Hydrophil bedeutet wasserliebend und lipophil bedeutet fettliebend.

Hydrophob ist gleichzusetzen mit lipophil und lipophob ist gleichzusetzen mit hydrophil.

Hämoglobin ist dir vielleicht auch schon einmal unter dem Begriff "Blutfarbstoff" begegnet. Diese Bezeichnung rührt daher, dass das Eisenmolekül des Hämoglobins in Verbindung mit Sauerstoff für die Rotfärbung des Blutes sorgt.

Durch das Eisenmolekül wird also die O2-Bindung ermöglicht. Hämoglobin sorgt jedoch nebenher auch für die Pufferung des pH-Wertes im menschlichen Blut.

Hast du dich schon einmal gefragt, woher die Formulierung blaues und rotes Blut kommt?

Die rote Färbung hängt auch mit dem oxygenierten Zustand des Hämoglobins in den Erythrozyten zusammen. Hat Hämoglobin viel Sauerstoff gebunden, so erscheint das Blut sehr hell und verläuft meist in den Arterien. Hat es wenig O₂ gebunden, beispielsweise auf seinem Weg von der Körperperipherie in Richtung Lunge, so erscheint uns das Blut sehr dunkel bzw. blau.

Hydrophil bedeutet wasserliebend und lipophil bedeutet fettliebend.

Hydrophob ist gleichzusetzen mit lipophil und lipophob ist gleichzusetzen mit hydrophil.

Signalproteine

Kommuniziert werden kann im Körper jedoch nicht nur über den Stoffaustausch, sondern auch über Regulatorproteine. Dies sind meistens Signalstoffe, die Stoffwechselvorgänge regulieren und Gene an- oder abschalten können. Jene Proteine bewirken so die Abgabe von Hormonen in den Körperkreislauf, wo diese dann an unterschiedlichsten Orten wirken.

Es gibt jedoch auch eine Gruppe von Proteinen, die direkt als Hormone fungieren können. Dies sind Peptidhormone, welche über spezielle Transmembranrezeptoren wirken.

Der wohl bekannteste Vertreter der Peptidhormone ist das Insulin, welches in den Langerhans-Inseln der Bauchspeicheldrüse hergestellt wird. Insulin wirkt blutzuckersenkend und spielt eine wichtige Rolle bei der Diabetes-Therapie.

Wenn du etwas Auffrischung beim Thema Hormonregulation benötigst, dann schaue einmal beim Artikel dazu vorbei.

Proteine als Teil der Immunabwehr

Auch im Rahmen der Immunabwehr sind Eiweiße des Blutplasmas nicht wegzudenken. In Form von Antikörpern sorgen sie für die Infektionsabwehr. Diese entstehen durch Stimulation des Immunsystems, wenn körperfremde Stoffe in einen Organismus eindringen.

Proteine und Blutgerinnung

Zu guter Letzt benötigt unser Organismus im Falle einer Verletzung ein System, welches den Körper vor zu viel Flüssigkeitsverlust schützt. Dieses System wird durch die Blutgerinnung gewährleistet. Die Aktivierung bestimmter Proteine, wie Thrombin oder Fibrin, löst eine Kaskade aus, die zum Wundverschluss führt.

Du siehst also, Proteine haben unzählig viele Aufgaben und es gibt kaum einen Bereich oder Kreislauf, der ohne die Beteiligung von Proteinen funktionieren würde.

Proteine Biologie – Beispiele

Proteine sind eine sehr wandelbare und in vielerlei Form vorkommende Stoffgruppe. Ihre genauen Funktionen und die wichtigsten Vertreter sind hier für dich aufgelistet.

BezeichnungFunktionBeispiel
Enzyme
  • Katalysatoren von biochemischen Reaktionen
  • Proteasen
    • Pepsin zur Verdauung im Magen
Hormone, Signalproteine, Rezeptoren
  • Signaltransduktion
  • Kommunikation
  • Insulin
    • Freigesetzt bei Überzuckerung
  • Erythropoetin
Kanal- und Tunnelproteine, Carrier
  • Acetylcholinrezeptor
    • Auslösung von Aktionspotenzialen
  • Connexine
Strukturproteine
  • Unterstützung des Gewebes
  • Gewebebildung
  • Kollagen
    • Bestandteil der Haut
  • Keratin
    • Bestandteil von Haaren und Nägeln
  • Histonproteine
Plasmaproteine
  • Albumin
    • Aufrechterhaltung des kolloidosmotischen Drucks
  • Immunglobuline
Kontraktile Proteine
  • Muskelkontraktion
  • Stofftransport
  • Dynein
    • Vesikeltransport
  • Aktin
  • Myosin

→ Bilden gemeinsam die funktionelle Einheit einer Muskelfaser

Proteine – Aufbau und Strukturen

Ein Protein ist eine lange Kette aus Aminosäuren, die durch Peptidbindungen zusammengehalten wird. Proteine sind keinesfalls starre Strukturen, sondern beweglich und können unterschiedliche, dreidimensionale Faltungen, sogenannte Konformationen, im Raum einnehmen.

Proteinbiosynthese

Proteine entstehen im Rahmen der Proteinbiosynthese. Hierbei werden auf Grundlage der DNA neue Proteine aus Aminosäuren zusammengesetzt.

Im ersten Schritt, der Transkription, wird die DNA im Zellkern abgelesen und eine mRNA wird hergestellt. Diese wird dann im zweiten Schritt, der Translation, aus der Basensequenz der mRNA in das entsprechende Protein übersetzt. Diesen Teil der Translation übernehmen die Ribosomen.

Den genauen Ablauf der Proteinbiosynthese kannst du im entsprechenden Artikel dazu wiederholen.

Das größte uns bekannte, menschliche Protein ist das Titin. Es besteht aus über 30.000 Aminosäuren mit insgesamt 320 Proteindomänen. Titin ist Teil des Sarkomers, der kleinsten funktionellen Einheit der quer gestreiften Muskeln.

Ein Peptid, egal welcher Länge, besteht immer aus einer freien Aminogruppe an der einen Seite und einer freien Carboxy-Gruppe an der anderen. Die richtige Bezeichnung dafür wären der N- und der C-Terminus. Diese bilden das Rückgrat der Peptidkette. Die genauen Eigenschaften und Funktionen eines Proteins werden immer durch die Seitenketten der Aminosäuren bestimmt.

Um Proteine zu beschreiben, unterscheidet man diese in vier verschiedene strukturelle Ebenen, die als Domänen bezeichnet werden.

Als Domänen werden einzelne Abschnitte eines Proteins bezeichnet, die sich aufgrund ihrer Raumstruktur von einem anderen Teil des Proteins unterscheiden lassen.

Die Konfirmation beschreibt hierbei die genaue Struktur eines ganzen Proteins und wird durch die Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur beschrieben.

Welche strukturellen Ebenen nun die dreidimensionale Struktur eines Proteins bestimmen, erfährst du kurz und knapp im Folgenden.

Wenn du eine ausführliche Beschreibung der Strukturebenen lesen möchtest, dann schau beim Artikel zur Proteinstruktur vorbei!

Primärstruktur

Die Primärstruktur beschreibt die Aufeinanderfolge (Sequenz) und die genau definierte Anzahl der Aminosäuren innerhalb einer Kette. Sie kann daher auch als Aminosäuresequenz bezeichnet werden.

Da Proteine sehr anfällig für Veränderungen sind, kann das Vertauschen oder das Weglassen einer einzelnen Aminosäure zu Veränderungen der biologischen Wirksamkeit oder den Eigenschaften des Proteins führen.

Sichelzellanämie wird ausgelöst, wenn eine Aminosäure in einem Protein ausgetauscht wird. Dadurch verändert sich die Konfiguration der Erythrozyten und sie werden zu Sichelzellen.

Diese Veränderung hat Infarkte im Zentralen Nervensystem, der Niere und anderen Organen zur Folge.

Die Primärstruktur bildet die Grundlage für Struktur und Abfolge aller weiteren Strukturen.

Sekundärstruktur

Wenn von der Sekundärstruktur gesprochen wird, so ist hiermit die räumliche, also 3D-förmige Struktur des Proteins gemeint. Hier sind insbesondere Faltungen und Windungen zu beachten, da diese von großer Wichtigkeit für die Konfirmation des Proteins sind.

Zwei wichtige Unterkategorien der Sekundärstruktur werden dir nun aufgezeigt:

α-Helix

Die α-Helix hat die Form einer Spirale. Hierbei sind die Polypeptidketten schraubenartig untereinander angeordnet. Schaust du dir nun die Abbildung dazu an, dann kannst du erkennen, dass die CO- und die NH-Gruppen untereinander Wasserstoffbrückenbindungen ausbauen. Diese Verbindung kann auch als intramolekulare Wasserstoffbrückenbindung bezeichnet werden.

Es sind auch Seitenketten zu erkennen. Diese sind jedoch erst wichtig, wenn es auf die Tertiärstruktur zugeht.

β-Faltblatt

Das β-Faltblatt besteht aus zwei Proteinsträngen, die in der Regel antiparallel zueinander verlaufen und, wie unschwer zu erkennen, in einer Zickzack-Form.

Anders als bei der α-Helix liegen die Ketten hier in einer starren Form in der Ebene vor. Gemeinsam haben jedoch beide Strukturen, dass sie zwischen der CO- und der NH-Gruppe Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden.

Tertiärstruktur

In der Tertiärstruktur kommen die zuvor angesprochenen Seitenketten wieder ins Spiel: Sie gehen miteinander Bindungen ein.

Die Kräfte, die hier in der gesamten Tertiärstruktur wirken, sind kovalente und nicht kovalente Wechselwirkungen. Die Bindungen zwischen den Seitenketten werden teils von Schwefel oder Stickstoff geformt. Daher werden sie auch als Disulfidbrücken bezeichnet.

Quartärstruktur

Die Quartärstruktur wird dann ausgebildet, wenn Proteine sich mit anderen Aminosäuren in Tertiärstruktur zu einem funktionellen Komplex zusammenlagern.

Auch die Quartärstruktur wird durch Wasserstoffbrücken, Van-der-Waals-Kräfte oder Ionenbindungen zusammengehalten, während die Seitenketten durch Disulfidbrücken verbunden sind.

Das Protein Hämoglobin ist in unserem Blut für den Sauerstofftransport verantwortlich. Es ist ein anschauliches Beispiel für ein Protein in Quartärstruktur, da es aus vier Untereinheiten besteht. Dies sind zwei α- und zwei β-Untereinheiten.

Quartärstrukturen bestehen, im Gegensatz zur Tertiärstruktur, immer aus mehr als nur einer Primärstruktur.

Ist ein Protein nur aufgrund einer Quartärstruktur funktionsfähig, so wird das vollständige Protein als Oligomer bezeichnet und die tertiärstrukturellen Untereinheiten als Protomer.

Ist die Quartärstruktur aus Proteinen aufgebaut, die auch unabhängig dieser Struktur funktionsfähig sind, so bezeichnet dies einen Proteinkomplex.

Peptidbindungen

Peptidbindungen sind die Verbindungsstücke der Aminosäuren. Das System der Aneinanderkettung basiert auf chemischen Grundlagen. Die Aminogruppe der einen Aminosäure reagiert mit der Carboxy-Gruppe der anderen Aminosäure. Hierbei wird Wasser abgespalten, was in Fachkreisen als Kondensation bezeichnet wird.

Wie du auf der Abbildung erkennen kannst, wird die OH-Gruppe der Carboxylgruppe während der Kondensation von einer NH2 -Gruppe ersetzt. Dies wird nun als Säureamid (-CO-HN-) bezeichnet, was der Peptidbindung das Synonym als Säureamidbindung verschafft.

Möchtest du dein Wissen zum Thema Bindungen erweitern, so schau am besten einmal im Artikel zu den chemischen Bindungen rein.

Proteine – Vorkommen

Inzwischen hast du schon alles über die Struktur und die Funktion von Proteinen gelernt. Doch wo finden sich Proteine im Alltag wieder?

Es gibt eine Menge proteinhaltiger Nahrungsmittel. Dazu zählen unter anderem Fisch, Fleisch, Eier und Milchprodukte, aber auch Getreide und Hülsenfrüchte.

Proteine können sowohl vom Körper selbst hergestellt werden, als auch über die Nahrung aufgenommene Eiweiße. Aufgenommene Proteine werden von den zuvor erwähnten Proteasen aufgespalten und in ihre Einzelteile, die Aminosäuren, zerlegt.

Während der Körper Fette und Kohlenhydrate zur Energiegewinnung verwendet, werden die mit der Nahrung aufgenommenen Proteine verwendet, um funktionelle körpereigene Proteine zu synthetisieren. Diese werden dann wiederum für die oben erwähnten Prozesse eingesetzt.

Essenzielle Aminosäuren sind jene, die der Körper nicht aus eigener Kraft heraus herstellen kann, auf welche er jedoch trotz dessen angewiesen ist.

Vertreter der essenziellen Aminosäuren sind:

  • Phenylalanin
  • Methionin
  • Lysin

Vertreter der nicht essenziellen Aminosäuren sind:

Proteine Biologie - Das Wichtigste

  • Proteine sind aus Aminosäuren zusammengesetzte Eiweiße.
  • Es gibt 21 bekannte proteinogene Aminosäuren, die über Peptidbindungen verbunden sind.
  • Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstrukturen beschreiben die strukturellen Ebenen eines Eiweißes.
  • Durch Temperatur- oder ph-Wert-Änderungen können Proteine reversibel oder irreversibel denaturieren.
  • Proteine dienen als Bau- und Betriebsstoff, Biokatalysatoren, zur Immunabwehr oder als Transportprotein.
  • Proteasen sind die Enzyme, welche Proteine zersetzen können.
  • Es gibt essenzielle und nicht essenzielle Aminosäuren.
  • Eine ausreichende Proteinzufuhr kann durch das Essen von Fleisch, Fisch, Eiern oder Hülsenfrüchten erreicht werden.

Nachweise

  1. flexikon.doccheck.com: Protein. (23.05.2022)
  2. Chemie.de: Protein. (23.05.2022)
  3. Horn (2015). Biochemie des Menschen. Thieme

Häufig gestellte Fragen zum Thema Proteine Biologie

Proteine sind wichtige Energielieferanten des Körpers. Zudem fungieren sie als Biokatalysatoren, Transport- und Strukturproteine und bilden einen wichtigen Teil des Immunsystems und der Blutgerinnung.

Proteine sind makromolekulare Substanzen der Natur und bilden eine der vier Hauptklassen organischer Verbindungen.

In der Biologie gibt es Signalproteine, Struktur- und Plasmaproteine, wie auch Kanal- und Tunnelproteine für den Stofftransport. Kontraktile Proteine sorgen für die Muskelkontraktion

Ein Protein beschreibt einfach erklärt ein Eiweiß, welches aus mehreren Aminosäuren zusammengesetzt ist und einen wichtigen Energielieferanten des Körpers darstellt.

Finales Proteine Biologie Quiz

Frage

Beschreibe die zwei Schritte der Realisierung der genetischen Information.

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Antwort

  • Transkription: Übertragung der Basensequenz der Gene (DNA-Abschnitte) in die Basensequenz eines Transportmoleküls → messenger-RNA (mRNA). 
  • Translation: Übersetzung der Basensequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz eines Polypeptids (Protein).
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Frage

Was ist die Proteinbiosynthese?

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Antwort

Die Proteinbiosynthese ist die Neusynthese von Proteinen in lebenden Zellen. Es handelt sich um ein für alle Lebewesen zentralen und essentiellen intrazellulären Prozess. Bei der Proteinbiosynthese werden nach Vorgabe von genetischer Information (DNA) neue Proteine aus Aminosäuren aufgebaut.

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Frage

Definiere die Transkription.

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Antwort

Die Transkription ist die Synthese von RNA, wobei die DNA als Vorlage dient und die Basensequenz der DNA in die Basensequenz der RNA umgeschrieben wird. Die Transkription ist der erste Teilschritt der Proteinbiosynthese.

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Frage

Aus welchen Phasen besteht die Proteinbiosynthese?

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Antwort

  • Sie besteht aus zwei Phasen:
  • Transkription, das „Umschreiben“ der genetischen Information in ihre Transportform (mRNA)
  • Translation, das „Übersetzen“ der Basensequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz eines Proteins
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Frage

Definiere proteincodierendes Gen.

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Antwort

Ein proteinkodierendes Gen ist eine Einheit (Abschnitt) der DNA, welche die Informationen für die Aminosäuresequenz eines Proteins enthält.

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Frage

Erkläre den Unterschied zwischen dem codogenen Strang und dem codierenden Strang.

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Antwort

Der sogenannte codogene Strang wird durch die RNA-Polymerase als Vorlage genutzt. Der zum codogenen Strang komplementäre codierende Strang wird im Zuge der Transkription nicht umgeschrieben. Der codierende Strang entspricht in seiner Basensequenz dem entstehenden mRNA-Transkript.

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Frage

Was ist der Unterschied zwischen Replikation und Transkription?

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Antwort

bei der Replikation entsteht eine Kopie des DNA-Doppelstrangs, während bei der Transkription ein RNA-Einzelstrang entsteht. 

Die Replikation findet im Zuge der Zellteilung statt (Mitose und Meiose).

Die Transkription ist Teil der Proteinbiosynthese.


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Frage

In welche Teilschritte kann die Transkription unterteilt werden?

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Antwort

1. Initiation

2. Elongation

3. Termination

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Frage

Welches ist das entscheidende Enzym der Transkription?


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Antwort

Das entscheidende Enzym der Transkription ist die DNA-abhängige RNA-Polymerase (RNA-Polymerase). Aus dem Namen dieses Enzyms lässt sich einiges über dessen Arbeitsweise ableiten. Es handelt sich um ein Enzym, welches einen DNA-Strang als Vorlage benötigt und daraus einen komplementären RNA-Strang synthetisiert.

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Frage

Welche Eigenschaft hat die RNA-Polymerase?

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Antwort

Die RNA-Polymerase besitzt die Eigenschaft, nur in eine bestimmte Richtung zu arbeiten. Der codogene Strang wird durch die RNA-Polymerase in 3' → 5' - Richtung abgelesen. Der entstehende RNA Strang wird also in 5'  3' - Richtung synthetisiert.

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Frage

Definiere die Promotorregion. Für welchen Teilschritt der Transkription ist sie entscheidend?

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Antwort

Promotorregionen sind DNA-Abschnitte, die im 5'-Bereich eines jeden Gens vorgeschaltet sind. Bestimmte Basensequenzen in der Promotorregion ermöglichen das Erkennen und die Bindung durch die RNA-Polymerase im Zuge der Initiation. Des Weiteren spielt die Promotorregion eine wichtige Rolle bei genregulierenden Prozessen.



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Frage

Worum handelt es sich bei Transkriptionsfaktoren?

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Antwort

Transkriptionsfaktoren sind regulatorische Proteine, welche durch Bindung an bestimmten Bereichen der DNA positiv oder negativ regulierende Auswirkungen auf die Transkription von Genen haben.

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Frage

Wie versteht man unter RNA-Prozessierung?

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Antwort

In Eukaryoten entstehen durch die Transkription Vorstufen von funktionsfähigen oder übersetzungsfähigen RNA-Molekülen. Diese müssen durch die RNA-Prozessierung (auch RNA-Reifungsprozess) zugeschnitten und modifiziert werden. Eine RNA-Prozessierung findet bei Prokaryoten nicht statt.


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Frage

Was ist die Translation?

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Antwort

  • Die Translation ist das „Übersetzen“ der Basensequenz der mRNA (messenger-RNA) in die Aminosäuresequenz eines Enzymproteins
  • Die mRNA, die durch die Transkription entstanden ist, ist die Transportform der DNA
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Frage

Wo findet die Translation statt?

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Antwort

findet an den Ribosomen im Cytoplasma statt

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Frage

Was bezeichnet man als Polysomen?

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Antwort

Ribosomengruppen an der mRNA bezeichnet man auch als Polysomen

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Frage

Woraus setzen sich Ribosomen, die zu zwei Dritteln aus ribosomaler RNA (rRNA) bestehen, zusammen?

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Antwort

setzen sich aus zwei Teilen zusammen: die große und die kleine Untereinheit bilden ein Ribosom.

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Frage

Wann ergibt sich ein zusammen gesetztes Ribosom?

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Antwort

Erst in Verbindung mit der mRNA ergibt sich ein zusammengesetztes Ribosom, das zwei Bindestellen für die transfer-RNA (tRNA) hat.

Frage anzeigen

Frage

Wie werden die Bindestellen für die transfer-RNA (tRNA) bezeichnet?

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Antwort

Aminoacyl-Stelle (A-Stelle) und Peptidyl-Stelle (P-Stelle)

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Frage

Als was funktioniert die tRNA?

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Antwort

 funktioniert als eine Art „Vermittler“ zwischen Basentripletts (drei aufeinander folgende Basen) und Aminosäuren


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Frage

Was machen die Basentripletts der mRNA?

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Antwort

  • Die Basentripletts der mRNA, auch als Codon bezeichnet, codieren jeweils für eine Aminosäure
  • So enthält die Abfolge von Basen der mRNA den Code für eine Kette von Aminosäuren, eine sogenannte Polypeptidkette
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Frage

Was ist komplementär zu dem Codon der mRNA?

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Antwort

Ein Anticodon, das jedes tRNA hat

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Frage

Wie verlaufen die ersten 3 Schritte einer Translation ab?

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Antwort

  1. Die Translation beginnt an einem sogenannten Startcodon, z.B. AUG. Die kleine Untereinheit des Ribosoms heftet sich am Startcodon an die mRNA
  2. Die tRNA mit dem zum Startcodon komplementären Anticodon UAC lagert sich an der P-Stelle des Ribosoms an, die große Untereinheit des Ribosoms lagert sich daraufhin ebenfalls an. In unserem Beispiel ist die tRNA mit der Aminosäure Methionin beladen. Nun kann die Synthese des Proteins beginnen
  3. An der A-Stelle des Ribosoms lagert sich die zum nächsten Codon der mRNA passende tRNA an. Die tRNA ist mit der entsprechenden Aminosäure beladen. Eine Peptidbindung wird zwischen den beiden Aminosäuren geknüpft


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Frage

Wie verlaufen die letzten beiden Schritte einer Translation?

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Antwort

4. Das Ribosom gleitet in 5‘ 🡪 3‘-Richtung an der mRNA um ein Codon weiter. Die erste tRNA wird abgespalten, die zweite befindet sich nun an der P-Stelle des Ribosoms. Die A-Stelle ist nun frei, hier kann sich die nächste tRNA anlagern. Bis ein sogenanntes Stoppcodon erreicht wird, wiederholen sich die Schritte 3 und 4.


5. Zu einem Stoppcodon gibt es keine passende tRNA. Die Polypeptidkette wird von der letzten tRNA abgespalten, das Ribosom zerlegt sich in seine beiden Untereinheiten.

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Frage

Wie nennt man drei aufeinanderfolgenden Basen der mRNA/DNA?

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Antwort

Triplett oder Codon

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Frage

Was macht ein Codon?

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Antwort

Codons (Basentripletts) codieren für Aminosäuren oder zeigen Start/Ende der Translation an.

Frage anzeigen

Frage

Wie viele Kombinationen an Basen gibt es, die für Aminosäuren codieren können?

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Antwort

Da vier verschiedene Basen in der mRNA vorkommen (Adenin, Uracil, Guanin und Cytosin), ergeben sich somit 64 verschiedene Kombinationsmöglichkeiten (43).

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Frage

Was sind Stopp-Codons?

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Antwort

Drei der Codons sind sogenannte Stopp-Codons: Sie codieren für keine Aminosäure, sondern bilden ein Signal für das Ende der Translation.

Frage anzeigen

Frage

Welche Funktion haben die 61 Codons, die keine Stopp-Codons sind?

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Antwort

  • Die restlichen 61 Codons codieren für die 20 verschiedenen Aminosäuren
  • Fast jede Aminosäure wird also von mehr als einem Codon codiert, der genetische Code ist degeneriert
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Frage

Was ist besonders am Codon AUG?

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Antwort

Es handelt sich um ein Start-Codon, das den Beginn der Translation anzeigt und für die Aminosäure Methionin codiert.

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Frage

Wie ist der genetische Code aufgebaut?

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Antwort

  • Basentripletts/Codons codieren eindeutig für Aminosäuren
  • Zwischen Start- und Stoppcodon reihen sich Codons direkt aneinander, der genetische Code ist kommafrei. Es gibt auch keine Überlappungen.
  • Außerdem ist der genetische Code universell, also bei fast allen Lebewesen gleich.
  • Mehrere Codons können eine Aminosäure codieren, der genetische Code ist degeneriert.
Frage anzeigen

Frage

Welcher Strang wird in der Transkription abgelesen?

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Antwort

Abgelesen wird der codogene Strang, die Sequenz der entstehenden mRNA entspricht (bis auf den Austausch von Thymin und Uracil) dem codierenden Strang.

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Frage

Was zeigt die Codesonne?

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Antwort

Die Codesonne zeigt uns, für welche Aminosäure ein bestimmtes Basentriplett codiert.

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Frage

Wie liest man eine Codesonne?

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Antwort

  • Die Codesonne ist von innen nach außen zu lesen
  • Da die Translation immer in 5‘ 🡪 3‘-Richtung stattfindet, ist die Codesonne von innen nach außen ebenfalls in 5‘ 🡪 3‘-Richtung dargestellt
  • Auch Start- und Stoppcodons sind in der Codesonne dargestellt
Frage anzeigen

Frage

Aus was besteht der genetische Code?

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Antwort

Der genetische Code besteht aus spezifischen, aufeinanderfolgenden Nukleotiden in der DNA.

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Frage

Warum ist der genetische Code so wichtig?

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Antwort

Er ist für die Herstellung der Proteine verantwortlich, welche hingegen an wichtigen Prozessen, z.B. der Aufbau von Körperteilen wie Haaren, Federn, Muskelfasern, Blutkörperchen oder Sehnen, beteiligt sind. Dadurch wird so wohl der Phänotyp von Lebewesen als auch der Zellstoffwechsel kontrolliert.

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Frage

Wie führt der genetische Code zur Herstellung von Proteinen?

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Antwort

Bei der ersten Phase der Proteinbiosynthese, also der Transkription, wird zunächst eine Kopie von einem Teil der DNA angefertigt. Diese Kopie nennt man messenger-RNA (mRNA). Mithilfe der mRNA wird dann während der Translation der genetische Code Codon für Codon abgelesen und entschlüsselt. Anschließend entsteht eine Kette von Aminosäuren, die schlussendlich das benötigte Protein bildet.

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Frage

Was ist ein Codon?

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Antwort

Ein Basentriplett (also eine Kombination bestehend aus drei Basen) bezeichnet man auch als Codon.

Frage anzeigen

Frage

Wie viele verschiedene Codons gibt es?

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Antwort

Es gibt 64 mögliche Kombinationsmöglichkeiten von Basentripletts, somit 64 verschiedene Codons.

Frage anzeigen

Frage

Wie viele Codons codieren wie viele Aminosäuren?

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Antwort

Es gibt 20 verschiedene Aminosäuren. Diese werden von 61 Codons abgedeckt, somit gibt es bei den allermeisten Aminosäuren mehrere Codons, die zu ihnen führen.

Frage anzeigen

Frage

Was sind die drei Codons, die keine Aminosäuren codieren?

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Antwort

Die drei restlichen Codons werden als Stoppcodons bezeichnet. Sie bezeichnen den Punkt, an dem die Translation abgebrochen werden soll und die Aminosäurenkette vollendet wird.

Frage anzeigen

Frage

Was ist das wichtigste Startcodon?

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Antwort

Das wichtigste Startcodon ist das Triplett AUG, das auch für die Codierung von Methionin zuständig ist.

Frage anzeigen

Frage

Mit was kann abgelesen werden, welches Codon welche Aminosäure codiert?

Antwort anzeigen

Antwort

Codons können mithilfe der Codesonne in die entsprechenden Aminosäuren "übersetzt" werden.

Frage anzeigen

Frage

Mit was kann abgelesen werden, welches Codon welche Aminosäure codiert?

Antwort anzeigen

Antwort

Codons können mithilfe der Codesonne in die entsprechenden Aminosäuren "übersetzt" werden.

Frage anzeigen

Frage

Was sind die beiden wichtigsten Eigenschaften des genetischen Codes?

Antwort anzeigen

Antwort

Der genetische Code ist universell und redundant, bzw. degeneriert.

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Frage

Warum ist der genetische Code universell?

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Antwort

So gut wie überall ist der genetische Code gleich: Codons von Bakterien bis zu Menschen codieren die gleichen Aminosäuren. Es gibt nur ganz wenige Ausnahmen, in denen das nicht so ist, z.B. bei Mitochondrien. Aufgrund dieser Tatsache wird der genetische Code universell genannt. Das ist besonders für die Gentechnik sehr nützlich.

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Frage

Warum ist der genetische Code redundant bzw. degeneriert?

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Antwort

Im Allgemeinen kannst du dir immer merken: Ein Basentriplett steht immer nur für eine Aminosäure. aber eine Aminosäure steht nicht nur für ein Basentriplett! Da es 64 verschiedene Kombinationsmöglichkeiten für Codons gibt, aber nur 20 Aminosäuren, ist es unvermeidbar, dass verschiedene Codons die gleiche Aminosäure bilden. Daher wird der genetische Code als redundant oder degeneriert bezeichnet.

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Frage

Welchen Vorteil hat es, dass mehrere Codons die gleiche Aminosäure codieren?

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Antwort

Dass mehrere Codons die gleiche Aminosäure codieren, ist ziemlich praktisch. So kann es nämlich vorkommen, dass Punktmutationen gar keine Wirkung aufweisen (auch stumme Mutation genannt), wenn die Base so ersetzt wird, dass es trotzdem zur Bildung der gleichen Aminosäure kommt.

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Frage

An welcher Stelle eines Basentripletts kann eine Punktmutation den größten Schaden ausrichten?

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Antwort

Die Veränderung der ersten Base ist meistens am schwersten, denn die erste Base gibt die Art der Ladung der Aminosäure an. Wird die Ladung umgekehrt, so hat dies schwerwiegendere Folgen für die Funktion des Proteins.

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Frage

Wie sind Proteine aufgebaut?

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Antwort

Proteine bestehen aus Aminosäuren, welche durch chemische Bindungen (Peptidbindungen) miteinander verknüpft sind und lange Ketten bilden. Die Struktur der Proteine lässt sich in vier Betrachtungsweisen unterteilen: die Primärstruktur, die Sekundärstruktur, die Tertiärstruktur und die Quartärstruktur.

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60%

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