Proteine übernehmen eine Vielzahl von funktionellen und strukturellen Funktionen in allen Organismen. Im Zuge der Proteinbiosynthese werden die Informationen auf dem Erbgut (DNA) in Proteine übersetzt. Hierbei spielen die Ribosomen eine entscheidende Rolle.
Ribosomen Definition
Bevor Du die Definition für Ribosomen kennenlernst, sollte Dir die Proteinbiosynthese ein Begriff sein.
Die Proteinbiosynthese ist die Neusynthese von Proteinen in lebenden Zellen. Es handelt sich um ein für alle Lebewesen zentralen und essenziellen intrazellulären Prozess. Bei der Proteinbiosynthese werden nach Vorgabe von genetischer Information (DNA) neue Proteine aus Aminosäuren aufgebaut.
Hierbei ist die Proteinbiosynthese in Transkription und Translation unterteilt. Während der Transkription wird die genetische Information auf ein Botenmolekül (mRNA) überschrieben. Daraufhin wird im Zuge der Translation der mRNA in eine Polypeptid (Protein) übersetzt.
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Abbildung 1: Schematische Darstellung der Proteinbiosynthese.
Die Ribosomen spielen die entscheidende Rolle bei der Translationen. Sie ermöglichen die Übersetzung der mRNA in eine Polypeptid.
Ribosomen sind Molekül-Komplexe, welche aus Proteinen und RNA aufgebaut sind. Sie katalysieren die Übersetzung von mRNAs in Polypeptide.
Ribosomen befinden sich im Cytoplasma von eukaryotischen und prokaryotischen Zellen. In eukaryotischen Zellen sind sie zusätzlich an der Membran des endoplasmatischen Retikulum (ER) zu finden. Endoplasmatisches Retikulum, an welches Ribosomen angelagert sind, wird raues endoplasmatisches Retikulum (raues ER) genannt.
Ribosomen als Biokatalysatoren
Ribosomen katalysieren die Translation. Daher zählen Ribosomen zu den Biokatalysatoren.
Biokatalysatoren sind Moleküle, welche biochemische Reaktionen beschleunigen oder verlangsamen, indem sie die Energiemenge verringern oder erhöhen, die zum Ablaufen einer Reaktion benötigt wird (Aktivierungsenergie). Einige biochemische Reaktionen können nicht ohne Biokatalysatoren ablaufen.
RNA-Moleküle, welche als Biokatalysatoren fungieren, werden als
Ribozyme bezeichnet. Da die funktionellen Einheiten der Ribosomen aus RNA aufgebaut sind, zählen Ribosomen zu den Ribozymen.
Der Begriff Ribozym setzt sich aus den Begriffen Ribonukleinsäure (RNA) und dem Wort Enzym zusammen.
Ribosomen Aufbau
Die Ribosomen in unterschiedlichen Organismen unterscheiden sich in einigen Punkten voneinander. Dennoch haben alle Ribosomen grundlegende Gemeinsamkeiten im strukturellen Aufbau.
- Alle Ribosomen sind aus zwei Untereinheiten aufgebaut. Hierbei wird zwischen der großen und der kleinen Untereinheit unterschieden.
- Die einzelnen Untereinheiten sind aus ein bis drei RNA-Molekülen und verschieden Proteinbausteinen aufgebaut. Hierbei stehen diese in einem Gewichtsverhältnis von ungefähr 60 % RNA und 40 % Protein.
- Bei den RNA-Molekülen, aus denen die Ribosomen aufgebaut sind, handelt es sich um sogenannte ribosomale RNA (rRNA).
Ribosomale Ribonukleinsäure (rRNA) sind RNA-Moleküle, welche die Ribosomen bzw. die ribosomalen Untereinheiten aufbauen. Sie gehören zu den nicht codierenden RNAs (ncRNAs), da sie nicht in eine Peptidsequenz übersetzt werden.
Die Unterschiede zwischen verschieden Ribosomen von unterschiedlichen Organismen liegt im Unterschied der RNA-Moleküle, aus denen sie aufgebaut sind. Grundlegend kann man zwischen Ribosomen von Prokaryoten (Bakterien und Archaeen) und Ribosomen von Eukaryoten (Einzeller, Pflanzen und Tieren) unterscheiden.
Ribosomen Prokaryoten
In Prokaryoten kommen die sogenannten 70S Ribosomen vor. Diese sind aus einer großen 50S Untereinheit und einer kleinen 30S Untereinheit aufgebaut.Das S bezeichnet den sogenannten Sedimentationskoeffizienten, welcher in der Einheit Svedberg (S) angegeben wird. Der Sedimentationskoeffizient beschreibt das Verhalten von Teilchen in einer Zentrifuge, er ist von der Masse und der Form der Teilchen abhängig.
Die 50S Untereinheit der Ribosomen ist aus zwei RNA-Molekülen (23S-rRNA und 5S-rRNA) und 31 Proteinen aufgebaut. Die 30S Untereinheit besteht aus einer einzelnen rRNA (16S-rRNA) und 21 Proteinen.
Eine Bakterienzelle besitzt unter guten Lebensbedingungen bis zu 20 000 Ribosomen, die bis zu ein Viertel ihrer Trockenmassen ausmachen. In diesen Zahlen spiegelt sich wider, wie wichtig die Rolle der Ribosomen und die der Proteinbiosynthese ist.
Ribosomen Eukaryoten
Ribosomen in eukaryotischen Zellen sind größer und komplexer als die von Prokaryoten. Eukaryotische Ribosomen sedimentieren in einer Zentrifuge bei 80S und sind aus einer 60S Untereinheit und einer 40S Untereinheit aufgebaut. Insgesamt ist das 80S Ribosom aus vier verschiedenen rRNAs aufgebaut und enthält 80 ribosomale Proteine.
Die 60S Untereinheit der Ribosomen besteht aus drei rRNAs (28S-rRNA, 5,8S-rRNA und 5S-rRNA) und ist aus 49 Proteinen aufgebaut. Die kleinere 40S Untereinheit ist aus einer einzelnen rRNA (18S-rRNA) und 33 Proteinen aufgebaut.
Ribosomen Funktion
Ribosomen katalysieren die Translation der Proteinbiosynthese. Sie sind für die Übersetzung der mRNA in eine Aminosäuresequenz (Polypeptid) zuständig.
Neben der mRNA und des Ribosoms werden für die Translation sogenannte Transfer-RNAs (tRNAs) benötigt. Diese sind für den Zulieferung von den einzelnen Aminosäuren und für die Übertragung auf die Polypeptidkette zuständig.
Die Funktionen der beiden Untereinheiten des Ribosoms können bei der Translation unterschieden werden. Die kleinere Untereinheit bindet die mRNA, während die große Untereinheit Bindestellen für die tRNAs bereitstellt. Das Ribosom vermittel die Bindung zwischen den Anticodons der tRNAs und den Codons auf der mRNA. So können durch die Anlagerung der tRNA die Aminosäuren auf die entstehende Aminosäurekette übertragen werden.
Ein Anticodon ist eine Dreiergruppe von Basen (Nukleotiden) auf der tRNA, die zu einem Codon auf der mRNA komplementär ist.
Ein Codon ist eine Dreierfolge (Triplett) auf der mRNA, die die Position einer Aminosäure in einem Protein bestimmt bzw. den Translationsstop codiert.
Der Ablauf der Translation bzw. der Proteinbiosynthese ist sehr komplex und wird hier nur oberflächlich besprochen. Für einen tieferen Einblick und ein besseres Verständnis schaue bei den StudySmarter Artikel zu diesen Thematiken vorbei.
Wenn Ribosomen gerade keine mRNA in ein Polypeptid übersetzen, liegen die Untereinheiten im Cytoplasma einzeln vor. Erst mit dem Beginn der Translation und im Komplex mit der mRNA bilden die Untereinheiten das vollständige Ribosom.
Raues Endoplasmatisches Retikulum
Als raues Endoplasmatisches Retikulum wird der Teil des endoplasmatischen Retikulums bezeichnet, welcher mit Ribosomen besetzt ist. Die grundlegende Funktion ist die gleiche, am rauen ER findet die Proteinbiosynthese bzw. die Translation statt.
Der Unterschied zur Translation im Cytoplasma besteht darin, dass weitere Schritte der Modifikation des Polypeptids sowie der Transport direkt im Anschluss an die Translation stattfinden. Hierzu gehören unter anderem die Faltung der Proteine im Inneren des ERs (Lumen) sowie der vesikuläre Transport der Proteine zu anderen Zellorganellen.
Insbesondere werden am rauem ER integrale Membranproteine und Proteine, welche im Anschluss sekretiert werden sollen, translatiert.
Auch zum endoplasmatischen Retikulum findest Du bei StudySmarter den passenden Artikel, um Dein Wissen zu diesem Thema zu vertiefen.
Ribosomen - Das Wichtigste
- Die Ribosomen spielen die entscheidende Rolle bei der Translationen und somit bei der Proteinbiosynthese.
- Ribosomen befinden sich im Cytoplasma von eukaryotischen und prokaryotischen Zellen. In eukaryotischen Zellen sind sie zusätzlich an der Membran des endoplasmatischen Retikulum (ER) zu finden.
- Alle Ribosomen sind aus zwei Untereinheiten aufgebaut. Hierbei wird zwischen der großen und der kleinen Untereinheit unterschieden.
Ribosomen katalysieren die Translation der Proteinbiosynthese. Sie sind für die Übersetzung der mRNA in eine Aminosäuresequenz (Polypeptid) zuständig.
Bei der Translation am endoplasmatischen Retikulum finden weitere Schritte der Modifikation des Polypeptids sowie der Transport der Proteine direkt im Anschluss statt.
Nachweise
- Nordheim; Knippers (2018). Molekulare Genetik. Thieme.
- Horn (2020). Biochemie des Menschen. Thieme.
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