AB 2_2.3

Thema: Proteinbiosynthese und mehr  – vereinfacht, kurz und verständlich


zurück zur Übersicht: Arbeitsblätter (AB) Kapitel 2

Der Begriff „Proteinbiosynthese“ klingt für viele schrecklich! Das muss nicht sein, denn zu verstehen, was sich dahinter grundsätzlich verbirgt, ist nicht schwer! 😉  Versprochen! 
Folge einfach den Anweisen (Aufgaben).
Vorhanden sein sollten aber wenigstens Kenntnisse über den Aufbau eines Proteins, vor allem die Begriffe „Aminosäure“ und „Primärstruktur“ (siehe Kap. 2.3 oder AB 1_2.3).


IconAufgabe  

  1. Stelle dir folgende Situation vor:

 

Du bist der/die einzige Süßigkeitenhersteller/in der Welt. Dir geht es gut!

Bei der ständigen Versorgung aller Regionen der Erde mit Süßigkeiten musst du ein Problem lösen: Die Geschmäcker sind sehr verschieden, d.h. du musst sehr viele unterschiedliche Süßigkeiten produzieren.
Die Rezepturen für alle Süßigkeiten liegen, einzeln exakt notiert und geordnet, in einem Safe. Um sie gut zu schützen, hast du sie in Form eines Codes aufgeschrieben, der lediglich aus vier unterschiedlichen Farbsymbolen besteht. Jeweils drei Farbsymbole – in unterschiedlicher Kombination – stehen für einen bestimmten Bestandteil (Zutat) der Rezeptur.
Die Maschinen zur Herstellung der Süßigkeiten laufen rund um die Uhr. Gerade soll eine spezielle Süßigkeit hergestellt werden, die von „Bonboncity“ angefordert wurde.

Quelle: pixabay
Der erste Schritt besteht darin, dass du das entsprechende Kapitel mit den Angaben zu dieser Süßigkeit kopierst, da du das Original immer im Safe lässt.
Die Kopie gelangt über einen speziellen Weg in die Produktionshalle. Dort stehen viele Maschinen, die die Süßigkeiten nach den Angaben der Rezeptur produzieren. Das Besondere ist, dass du für jede der Süßigkeiten, die weltweit verlangt werden nur 20 Zutaten benötigst.
Automatisch bringen Roboter – jeder für eine spezielle Zutat verantwortlich – die Zutaten zu der Maschine, die die Süßigkeit für „Boboncity“ herstellen soll. Zum Gelingen ist es außerdem wichtig, dass die Zusammensetzung der Zutaten in einer bestimmten Reihenfolge vorgenommen wird, damit die richtige Mischung entsteht. Auch das ist kein Problem, denn die Kopie enthält – ebenfalls codiert – dazu genaue Angaben.
Die Maschine produziert nun die gewünschte Süßigkeit. Natürlich nicht nur einmal, sondern so oft, bis die gewünschte Menge erreicht ist.
Allerdings fehlen noch einige Arbeitsschritte – auf diese wird hier nicht eingegangen-, bis die Süßigkeit zum Verzehr vorliegt. Vor allem muss sie noch in die richtige Form gebracht werden, denn auch das verlangen die Kunden.
  1. Lies den Text nochmals und unterstreiche folgende Begriffe:

Safe, Rezept, Farbsymbole, richtige Reihenfolge der Zutaten Rezept-Kopie, spezieller Weg, Produktionshalle, Form der Süßigkeit, Maschine, Roboter, Zutaten, richtige Mischung der Zutaten, Süßigkeit

Die folgende Abbildung zeigt in vereinfachter Form die „Proteinbiosynthese“.
Die Aufgabe 3 sagt dir, was du mit der zuvor erzählten Story und dieser Abbildung tun kannst, um den Vorgang der Proteinbiosynthese zu verstehen.

Quelle: NHGRI

Abb. AB 2_2.3-1 Proteinbiosynthese (vereinfacht)

  1. Die folgende Tabelle (Tab.1 AB 2_2.3) enthält in der linken Spalte die unterstrichenen Wörter aus dem Text, zwei weitere sind hinzugekommen. Suche in der Abbildung (AB 2_2.3-1) den jeweils passenden Fachbegriff und notiere ihn in der rechten Spalte der Tabelle.
Text / Begriffe Abbildung / Begriffe
Safe
Rezept
Farbsymbole
Rezept-Kopie
Vorgang des Kopierens
Spezieller Weg
Produktionshalle
Maschine
Roboter
Zutaten
Mengenverhältnis der einzelnen Zutaten
Süßigkeit
Produktion der Süßigkeit
Tab AB 2_2.3-1 Begriffszuordnung: Süßigkeiten Herstellung – Proteinbiosynthese

 

 

Auf Klick kannst du kontrollieren, ob du dich richtig entschieden hast:

Text / Begriffe Abbildung / Begriffe
Safe Nucleus
Rezept DNA
Farbsymbole Code
Rezept-Kopie m-RNA
Vorgang des Kopierens Transkription
Spezieller Weg Kernpore
Produktionshalle Cytoplasma
Maschine Ribosom
Roboter t-RNA
Zutaten Aminosäuren (AS)
Mengenverhältnis der einzelnen Zutaten Code der m-RNA
Süßigkeit AS-Kette
Produktion d. Süßigkeit Translation
Tab AB 2_2.3-1 Lösung
  1. Im nächsten Schritt kannst du die Fachbegriffe etwas näher kennenlernen.
    Dazu dient die folgende Tab. Ab AB 2_2.3-2, in der jeder Fachbegriff aus der Abbildung vereinfacht und hoffentlich verständlich erklärt wird.
    Betrachte dann nochmals die einzelnen Stationen auf der Abbildung unter Verwendung dieser Fachbegriffe.
    Nun wirst du bestimmt verstanden haben, was die „Proteinbiosynthese“ ist.

    Fachbegriffe vereinf. Erklärung
    Nucleus Zellkern / rundlicher Zellbestandteil / enthält vor allem die Erbinformation ( = DNA)
    DNA Desoxyribonucleinsäure,- acid / großes Molekül, das wie eine Bibliothek alle Informationen über das Aussehen und Funktionieren eines Lebewesens enthält / die Informationen liegen in einzelnen Abschnitten vor und sind codiert
    Code Zeichen, die durch ihre Art, Häufigkeit und Reihenfolge Informationen verschlüsseln / in diesem Fall vier Zeichen (= 4 Farben)
    m-RNA Kopie eines Abschnittes der Erbinformation / enthält die Information über den Aufbau eines Proteins aus Aminosäuren
    Transkription Herstellung der Kopie, also der mRNA, vom Original, also der DNA
    Kernpore Öffnung durch die die m-RNA den Zellkern verlässt
    Cytoplasma mehr oder weniger flüssige Grundsubstanz der Zelle, in der sich alle Zellbestandteile befinden
    Ribosom Bestandteil der Zelle (= Zellorganelle) / / Ort an dem Aminosäuren miteinander verknüpft werden / es besitzt drei Stellen, an denen t-RNA-Moleküle andocken können
    t-RNA „Transporteure“ für Aminosäuren / jede t-RNA kann nur eine spezielle AS transportieren / sie sind ebenfalls codiert
    Aminosäuren (AS) Bausteine der Proteine
    Code der m-RNA bestimmt die Reihenfolge des Andockens der mit einer Aminosäure beladenen t-RNA-Moleküle
    AS-Kette erste Stufe (= Primärstruktur) bei der Herstellung eines Proteins
    Translation Vorgang der Verknüpfung spezifischer AS in bestimmter Häufigkeit und Reihenfolge am Ribosom
    Tab AB 2_2.3-2  Fachbegriffe zu Proteinbiosynthese
  1. Noch eine kleine Zusatzaufgabe, bei der du ein bisschen überlegen musst. Die Lösung ist aber einfach bzw. logisch, wenn du an den Vorgang des Lesens oder des Schreibens denkst.
    In der Abbildung befindet sich am Ribosom ein Pfeil, der nach rechts zeigt.
    Stelle eine Hypothese hinsichtlich der Aussage bzw. der Bedeutung dieses Pfeiles auf. Begründe deine Meinung.

 

Lösung Aufg. 5:

Wir lesen bzw. schreiben von links nach rechts. Auch das Ablesen der Information auf der m-RNA muss in einer bestimmten Richtung erfolgen.
In anderer Richtung gelesen, würden entsprechend des dann anderen Codes auch andere Aminosäuren zusammengefügt werden.

 

Und nun?

Der Vorgang, den die Biologen als „Proteinbiosynthese“ – also Herstellung eines Proteins – bezeichnen, ist damit abgeschlossen.
Genau genommen endet der hier dargestellte Vorgang aber gar nicht damit, dass ein funktionsfähiges Protein hergestellt wurde. Bislang sind eigentlich „nur“ die Bausteine der Proteine, die Aminosäuren, zu langen Ketten verbunden wurden.

Folgende Frage bleibt also bestehen:
Was passiert mit den am Ende dieses Vorganges vorliegenden Aminosäureketten, damit schließlich Proteine entstehen, die ihre vielfältigen Aufgaben erfüllen können?

Quelle: pixabay
Die folgenden Ausführungen können nur stark vereinfachte Antworten auf diese Frage geben. Genaueres ist den Materialien Kap. 2.3 „Proteine – das sind fast Alleskönner“ und AB 1_2.3 „Proteine genauer betrachtet“ zu entnehmen. 

Der letzte Satz über die Herstellung der Süßigkeiten lautet:
Bis die Süßigkeit zum Verzehr vorliegt, muss sie vor allem noch in die richtige Form gebracht werden, denn auch das verlangen die Kunden.

Die Abbildung AB 2_2.3-2 könnte diese Aussage widerspiegeln.

Quelle: pixabay

Abb. AB 2_2.3-2 Bonbonvielfalt

In Bezug auf die nach den Informationen der DNA am Ribosom zusammengebauten Aminosäureketten bedeutet dieses, dass

  • sie zunächst noch zurechtgeschnitten werden, d.h. einige „unbrauchbare“ Aminosäuren herausgetrennt werden;
  • Teile der verbleibenden AS-Kette gefaltet oder schraubenförmig gedreht werden;
  • durch Verknüpfungen zwischen eigentlich entfernt liegenden Aminosäuren eine Art Knäuel entsteht;
  • sich manchmal mehrere dieser Knäule zusammenlegen;
  • weitere Moleküle – keine Proteine – in diese Knäuel eingebaut werden können.

Am Ende dieser komplizierten Vorgänge stehen dann sehr verschiedenartige große Proteinmoleküle (Abb. AB 2_2.3-3), die ihre jeweilige Aufgabe wahrnehmen können.
Übertragen auf die Bonbonvielfalt könnte man sagen, dass die Kunden jeweils sehr verschiedene Arten von Bonbons haben wollen!

Quelle: wikimedia

Abb. AB 2_2.3-3 Fertiges Protein (schematisch vereinfacht)

Abb. AB 2_2.3-4 Fertiges Protein (Modell vereinfacht)

 

Die Aufgaben der fertigen Proteine bestehen nun darin,

  • Stoffwechselvorgänge zu beschleunigen und zu steuern;
  • Stoffe ab-, um- und aufzubauen;
  • Stoffe zu transportieren;
  • Bausteine für Körperbestandteile zu sein.

In jedem Organismus führen die Aktivitäten der Proteine zur Ausbildung bestimmter Merkmale. Dabei ist zu unterscheiden zwischen Gestaltmerkmalen (= Ausprägung von Formen, Größen und Farben) sowie chemischen Merkmalen (= Gesamtheit der Stoffwechselprozesse und deren Folgen).

Der gesamt Weg von der auf der DNA gespeicherten Information bis hin zu diesen Merkmalen wird in der Biologie mit den Worten „Vom Gen zum Merkmal“ umschrieben.

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