Proteinbiosynthese

Proteinbiosynthese ist die Neubildung von Proteinen in Zellen. Bei diesem für alle Lebewesen zentralen Prozess wird ein Protein durch Verknüpfung verschiedener Aminosäuren aufgebaut, an Ribosomen nach Vorgabe genetischer Information.

Die Synthese eines Proteins aus seinen Bausteinen, den proteinogenen Aminosäuren, findet im Rahmen der Genexpression an den Ribosomen statt. Die ribosomale Proteinsynthese wird auch als Translation bezeichnet, da hierbei die Basenfolge einer messenger-RNA (mRNA) in die Abfolge von Aminosäuren eines Peptids übersetzt wird. Dies geschieht, indem fortlaufend jedem Codon der mRNA das entsprechende Anticodon einer transfer-RNA (tRNA) zugeordnet wird und deren jeweils einzeln transportierte Aminosäure an die benachbarte gebunden wird (Peptidbindung), sodass eine Kette mit charakteristischer Aminosäuresequenz entsteht. Dieses Polypeptid kann sich im umgebenden Medium zu einem strukturierten Gebilde dreidimensionaler Form auffalten, dem nativen Protein. Häufig wird es durch Abspaltungen, Umbauten und Anbauten danach noch verändert, posttranslational modifiziert.

Während bei prokaryoten Zellen (Procyten) die ringförmige DNA frei im Zytosol vorliegt und die ribosomale Proteinsynthese zumeist unmittelbar und prompt mit der gerade eben erstellten mRNA erfolgt, sind die Verhältnisse bei eukaryoten Zellen (Eucyten) komplizierter. Für das auf mehrere Chromosomen verteilte Genom ist hier mit dem Zellkern (Nukleus) ein eigenes Kompartiment geschaffen, in dessen Karyoplasma auch die Transkription stattfindet. Die primär gezogene RNA-Kopie (hnRNA) wird zunächst stabilisiert, überarbeitet und auf den Kernexport vorbereitet, bevor sie als mRNA eine Kernpore passiert und ins Zytoplasma gelangt, das die Untereinheiten der Ribosomen enthält. Diese räumliche Aufteilung und der mehrschrittige Prozessweg erlauben somit zusätzliche Weisen, eine (hn)RNA posttranskriptional zu modifizieren und darüber die Genexpression zu regulieren beziehungsweise bestimmte RNA-Vorlagen von der Proteinbiosynthese auszuschließen (Gen-Stilllegung).

Einige Arten von Bakterien, Archaeen und Pilzen können über ribosomale Proteinsynthese besondere Proteine aufbauen, die als Multienzymkomplexe eine nichtribosomale Peptidsynthese ermöglichen (NRPS).^[1][2]

1. ↑ Matthias Strieker, Alan Tanović, Mohamed A. Marahiel: Nonribosomal peptide synthetases: structures and dynamics. In: Current opinion in structural biology. Band 20, Nummer 2, April 2010, S. 234–240, doi:10.1016/j.sbi.2010.01.009, PMID 20153164.
2. ↑ Gavin J. Williams: Engineering polyketide synthases and nonribosomal peptide synthetases. In: Current opinion in structural biology. Band 23, Nummer 4, August 2013, S. 603–612, doi:10.1016/j.sbi.2013.06.012, PMID 23838175.