Proteine werden am Ribosom in der Zelle hergestellt. Doch woher kommt die Information dafür und wie unterscheiden sich die Verfahren bei Pro- und Eukaryoten? Dieses Tafelbild gibt dir einen kurzen Überblick zu diesen beiden Fragen.
Die Proteinbiosynthese oder einfacher ausgedrückt die Herstellung von Proteinen in einer Zelle unterscheidet sich in einigen Punkten zwischen Prokaryoten und Eukaryoten.
Der wichtigste Unterschied liegt dabei in der Organisation der Zellen. Im Falle der Eukaryoten ist die Transkription (DNA zu mRNA) und die Tranlsation (mRNA zu Protein) räumlich voneinander getrennt, weil die DNA im Zellkern gespeichert wird, während bei den Prokaryoten alles im Cytoplasma stattfindet.
Für die Prokaryoten bedeutet dieses Räumliche nebeneinander, dass die Translation an der mRNA noch während deren Synthese stattfinden kann in dem sich gleich mehrere Ribosome hintereinander an der entstehenden mRNA entlang bewegen. Ein solcher Verbund aus einer mRNA und mehreren Ribosomen die das jeweilige Protein synthetisieren wird als Polysom bezeichnet. Ist die prokaryotische mRNA erst einmal von der RNA-Polymerase losgelöst worden, wird sie innerhalb weniger Sekunden abgebaut. Vereinfacht kann also gesagt werden, dass die Proteinbiosynthese bei Prokaryoten schnell und einfach abläuft, da jede mRNA für genau ein Protein codiert, dass dann mehrfach translatiert werden kann.
Durch die räumliche Trennung der Transkription und Translation im Falle der Eukaryoten ist es nötig, dass die mRNA während eines längeren Zeitraumes abgelesen werden kann als die Prokaryotischen, was mit einigen Modifikationen an der mRNA einhergeht und den Prozess insgesamt komplizierter macht. Kompliziert wird es durch die posttranskriptionale-mRNA-Modifikation, also der Veränderung der mRNA nach ihrer Transkription.
Das von der RNA-Polymerase im Zellkern gebildete mRNA Transkript wird als Prä-mRNA bezeichnet und wird in verschiedene Bereiche die Exons und Introns unterteilt. Während die Exons verschiedene codierende Abschnitte der mRNA bezeichnen sind die Introns nicht codierend und werden im Prozess namens Splicing aus der mRNA entfernt. Zusätzlich wird der mRNA am 5’-Ende ein modifiziertes Guanin Nukleotid (5’-Cap) und am 3’-Ende ein Poly-Adenin-Schwanz angehängt, welche nach aktuellem Wissensstand die Haltbarkeit der mRNA im Cytoplasma erhöhen und andererseits für die Initiierung der Translation am Ribosom wichtig scheinen. Danach wird die modifizierte mRNA als „reif“ bezeichnet. Am Ribosom entsteht dann aus der reifen mRNA ein Protien.
Doch das ist noch nicht alles. Menschliche Zellen verfügen über ~21’000 Gene, können jedoch ~100’000 Proteine bilden. Das heisst pro Gen können mehrere Proteine gebildet werden. Der dafür verantwortliche Prozess wird alternatives Splicing genannt. Dabei werden bei mehreren verschiedenen Transkripten der mRNA nicht nur Introns heruasgespliced sondern zum Teil auch gewisse Exons. So können aus ein und demselben Gen in der DNA verschiedene reife mRNA Varianten und somit auch verschiedene Proteine gebildet werden (Im Tafelbild zB. E1,E2, & E3 oder alternativ gespliced nur E1 & E3) .
In Folge der hier gezeigten Schritte kann die Proteinbiosyntehse in Eukaryoten als komplizierter als jene der Prokaryoten bezeichnet werden. Andererseits ist sie auch um einiges Effizienter, da dank dem alternativen Splicing nicht für jedes Protein einzeln codiert werden muss.
Quellen:
Natura Biologie für Maturitätsschulen, Klett & Balmer