Proteinbiosynthese

• Eiweiße

• Makromoleküle aus Aminosäuren

• Über Amidbindung verbunden (R-NH2 HOOC-R2)

• Molekulare Bausteine aller Proteine sind 20 cerschiedene, proteinogene Aminosäuren; L-Isomer relevant

• Proteinogen = L-Aminosäure

• Menschen können nur 12 der 20 Standardaminosäuren synthestisieren

• Pflanzen sind in der Lage alle 20 AS zu synthetisieren

• Syntheseweg in 5 Gruppen

  • Glutarfamilie (ausgehend vom alpha-Ketoglutarat)

  • Aspartatfamilie (ausgehend vom Oxalacetat)

  • Alanin-Valin-Leucin-Gruppe (ausgehend vom Pyruvat)

  • Serin-Glycin-Gruppe (ausgehend vom 3-Phosphoglycerat)

  • Aromatische AMinosäuren (ausgehend vom Phosphoenolpyruvat und dem Erythrose-4-Phosphat)

Aminosäureabfolge

• lokale dreidimensionale Flatung

• 2 häufigsten sind: alpha-Helix und beta-Faltblatt

  
  

• Bei alpha-Helix ist Peptid-Rükgrat gewunden, mit 3,6-Aminosäureresten pro Umdrehung

• Seitenketten stehen nach außen

• zwischen Peptidbindungen gibt es Wasserstoffbrückenbindungen

• Beim beta-Faltblatt sind Peptidbindungen faltblattartig ausgebreitet

• Stabilisierung meist durch zweites daneben leigendes Faltblatt, welches Wasserstoffbrückenbindungen ausbildet

• Seitenketten stehen nach “oben” und “unten” abwechselnd

• große Seitenketten haben keinen Platz

dreidimensionale Anordnung von Sekundärstrukturelementen wie alpha-Helix und beta-Faltblatt

Anordnung von Polypeptiden in Proteinkomplexen

Transkription und Translation

Abschnitt auf DNA, der zur Herstellung eines Polypeptids (oder einer Nukleinsäure, rRNA, tRNA) nötig ist

• Codogener Strang = Matrizenstrang (wird umgeschrieben in mRNA (tRNA, rRNA)

• Nicht-Codogener-Strang

• besteht aus Nukleotiden (Base, Zucker, Phosphat)

• je drei Nukleotiden bilden ein Triplett mit bestimmter Abfolge der 4 Kernbasen Thymin, Adenin, Guanin, Cytosin

• Triplett

• 1 Triplett codiert eine Aminosäure

• Exons codieren verschiedene Proteindomänen = deinierbare strukturelle und funktionale Regionen (z.B. aktives Zentrum)

• Introns

• Im Zellkern

• DNA-gesteuerte Synthese von mRNA (rRNA, tRNA)

• 3 Schritte:

  • Initiation

  • Elongation

  • Termination

• Anschließend RNA-Processing

• erster Schritt der Transkription

• Transkriptionsfaktor (Protein) bindet in der Promotrregion an DNA

• RNA-Polymerase bindet und bildet mit weiteren Transkriptionsfaktoren Initiationskomplex

• RNA-Polymerase entwindet DNA-Helix, mRNA-Synthese beginnt

• zweiter Schritt der Transkription

• RNA-Polymerase entwindet DNA-Helix weiter und verlängert mRNA durch Einbau von RNA-Nucleotiden

• dritter Schritt der Transkription

• RNA-Polymerase transkribiert Terminatorsequenz, RNA-Transkript = Prä-mRNA wird entlassen

• nach Ablauf der drei Phasen der Transkription

• Enden der Prä-mRNA werden modifiziert durch GTP (Cap) und Poly-A-Schwanz

  • Schutz vor Abbau

  • Fördert Anheftung am Ribosom

• Spleißen: Introns werden herausgeschnitten

• Ausschleusen der reifen mRNA aus dem Zellkern

• ausßerhalb vom Zellkern

• mRNA gesteuerte Synthese eines Polypeptids

• tRNA mit

  • ACC-Ende (Anheftung der Aminosäure) und

  • Anticodon (Basentriplett komplemtär zu Codon)

    
    

• mRNA

• tRNA + Aminosäure (= Aminoacyl-tRNA)

• Ribosom

• GTP (Guanosintriphosphat) als Energiequelle

• mRNA bindet an kleine Ribosomen-UE

• erste Aminoacyl-tRNA indet an Starcodon der mRNA

• große Ribosomale-UE vervollständigt Translations-Initiationskomplex

• nächste Aminoacyl-tRNA bindet an Nachbarcodon (A)

• Ausbildung einer Peptidbindung durch Peptidyltransferase (P)

• Elongation der Poly-Peptidkette durch laufendes Anbinden von Aminosäuren

• Termination der Translation, sobald Stoppcodon erreicht wird

Gebilde aus mRNA-Faden, perlenförmigen aufgereihten Ribosomen und wachsenden Polypeptidketten

• Faltung der Polypeptidketten zu funktionsfähigem Protein (Sekundär-, Tertiärstruktur)

• Weitere Modifikationen für spezifische Funktionen:

  • Abspaltungen

  • Hinzufügen funktioneller Gruppen

  • Hinzufügen von Bindungen (z.B. Disulfidbrücken)

  • Bindung an Makromoleküle

  • Komplexierung (Ionenaufnahme)

• L-Selenocystein

• L-Pyrrolysin

• Aminosäure Serin bindet an spezielle tRNA

• Hydroxygruppe der Seitenkette durch Selenol (SeH) ersetzt

• Codierung durch Codein UGA der mRNA

• Normalerweise Stopp-Codon, aber durch Ausbildung einer Haarnadelstruktur Einbau möglich

• 25 bekannte Selenoprotein-Gene

• 5 SeCys-enthaltene Glutathione peroxidasen (GPxs)

• 3 thioredoxin Reduktase (TRxRs)

• 3 iodothyrone Deiodinasen (DIOs)

• Selenoprotein W

• Selenoprotein SeIP, SPSZ, SeP15, SeIM, MsrB1

• Selenoprotein I, N, O, H, T, K & S

bislang in Archeae (6 methanproduzierende Spezies) und 6 Bakterien-Spezies (unter anderem ein Darmbakterium des Menschen)