🔬 Proteinbiosynthese & Mutationen
Kompletter Lernzettel 10. Klasse – alle Themen, alle Details, alle Erklärungen
Grundprinzip: DNA (im Zellkern) enthält Bauplan für Proteine. Zwei Schritte: Transkription (Umschrift DNA → m-RNA) und Translation (Übersetzung m-RNA → Protein am Ribosom).
1. Proteinbiosynthese – Ablauf beschreiben
📍 Transkription (Zellkern)
- Was? Umschreibung DNA → m-RNA.
- Wo? Im Zellkern, auf dem codogenen Strang (der abgeschriebene DNA-Strang).
- Wie? RNA-Polymerase liest 3'→5', baut m-RNA 5'→3'. T (Thymin) wird durch U (Uracil) ersetzt.
- Wohin? m-RNA verlässt Kern durch Kernpore ins Zellplasma.
🧬 Translation (Ribosom)
- Was? Übersetzung m-RNA → Aminosäurekette (Protein).
- Wo? Ribosom (im Zellplasma oder am rauen ER).
- Wer? m-RNA (Codon), t-RNA (Anticodon + Aminosäure), Ribosom.
- Start: AUG (Methionin).
- Stopp: UAA, UAG, UGA (keine t-RNA vorhanden → Abbruch).
🔁 Translation – Schritt für Schritt
- Start: Ribosom trifft auf Startcodon AUG. t-RNA mit Anticodon UAC (beladen mit Methionin) bindet.
- Elongation: Ribosom gleitet in 5'→3'-Richtung weiter, immer 3 Nucleotide. Passende t-RNA bringt nächste Aminosäure.
- Kettenverlängerung: Aminosäuren werden verknüpft → Polypeptidkette wächst.
- Stopp: Ribosom erreicht Stoppcodon (UAA, UAG, UGA) – keine t-RNA passt → Translation endet.
2. DNA-Code in Protein (Aminosäure-Abfolge) übersetzen
📝 Die Übersetzungs-Schritte:
- Vom codogenen DNA-Strang die m-RNA bilden: Komplementär, T durch U ersetzen.
DNA 3' A A C T A C 5' → m-RNA 5' U U G A U G 3'
- m-RNA in Tripletts (Codons) einteilen: Jeweils 3 Buchstaben.
UUG - AUG - GCU - ACU - GAU - ACC ...
- Codesonne benutzen: Von innen nach außen lesen: 1. Base innen, 2. mitte, 3. außen → Aminosäure.
- Beachte: Die Translation beginnt beim ersten AUG (Startcodon) – davor liegende Tripletts werden nicht übersetzt. Ende beim ersten Stoppcodon.
Wichtige Codons (aus der Codesonne)
| Codon (m-RNA) | Aminosäure | Codon | Aminosäure |
|---|
| AUG | Methionin (Start) | UUU, UUC | Phenylalanin |
| UAA, UAG, UGA | Stopp | GCU, GCC, GCA, GCG | Alanin |
| CAU, CAC | Histidin | AAA, AAG | Lysin |
| UGU, UGC | Cystein | GGU, GGC, GGA, GGG | Glycin |
🔬 Beispiel aus deinem Material (PDF Seite 3)
DNA (codogener Strang):
3' AAC TAC CGA TGA CTA TGG AGA ACC CAC TCG GGT TGC ACT AAA 5'
m-RNA (selbst erstellt, Kontrolle):
5' UUG AUG GCU ACU GAU ACC UCU UGG GUG AGC CCA ACG UGA UUU 3'
Übersetzung (ab dem ersten AUG):
- AUG = Methionin (Met)
- GCU = Alanin (Ala)
- ACU = Threonin (Thr)
- GAU = Asparaginsäure (Asp)
- ACC = Threonin (Thr)
- UCU = Serin (Ser)
- UGG = Tryptophan (Trp)
- GUG = Valin (Val)
- AGC = Serin (Ser)
- CCA = Prolin (Pro)
- ACG = Threonin (Thr)
- UGA = STOPT! (danach kommt UUU nicht mehr dran)
Aminosäurekette: Met – Ala – Thr – Asp – Thr – Ser – Trp – Val – Ser – Pro – Thr – Ende
📖 Codesonne im Original: Siehe Seite 3 in deinem Material (Abbildung). Zum Üben: Von innen nach außen ablesen.
3. Mutationen nennen können
Definition: Genmutation = dauerhafte Veränderung eines einzelnen Gens (mikroskopisch nicht sichtbar).
Die 5 Mutationstypen (aus deinem PDF S.5 & S.11)
① Stumme Mutation (Punktmutation)
Was passiert? Eine Base wird ausgetauscht, aber das Codon codiert dieselbe Aminosäure (weil genetischer Code degeneriert ist).
Auswirkung auf AS-Abfolge: KEINE Veränderung – Protein identisch
② Missense-Mutation (Punktmutation)
Was passiert? Basenaustausch → anderes Codon → andere Aminosäure wird eingebaut.
Auswirkung auf AS-Abfolge: Eine Aminosäure verändert – Protein evtl. funktionsgestört
③ Nonsense-Mutation (Punktmutation)
Was passiert? Basenaustausch erzeugt ein Stoppcodon (UAA, UAG, UGA) anstelle einer Aminosäure.
Auswirkung auf AS-Abfolge: Vorzeitiger Abbruch – Protein verkürzt, meist funktionslos
④ Deletion (Frameshift)
Was passiert? Eine Base wird entfernt.
Auswirkung auf AS-Abfolge: Leseraster verschiebt sich → ab der Mutation komplett neue AS-Kette
⑤ Insertion (Frameshift)
Was passiert? Eine Base wird eingefügt.
Auswirkung auf AS-Abfolge: Leseraster verschiebt sich → ab der Mutation komplett neue AS-Kette
📊 Übersichtstabelle – Auswirkungen auf Aminosäure-Abfolge
| Mutation | Veränderung | Leseraster | Protein (AS-Abfolge) |
|---|
| Stumm | Base getauscht | gleich | identisch |
| Missense | Base getauscht | gleich | eine AS verändert |
| Nonsense | Base getauscht | gleich | vorzeitiger Stopp |
| Deletion | Base fehlt | verschoben | komplett neue AS-Kette ab Mutation |
| Insertion | Base eingefügt | verschoben | komplett neue AS-Kette ab Mutation |
🧬 Beispiele aus dem PDF (Seite 11 – normal und mutiert)
Normal: DNA 3' TAC AAG CAG TTA GTC GTG GAA ACA CCA AGT ATC 5'
m-RNA: 5' AUG UUC GUC AAU CAG CAC CUU UGU GCU UCA UAG 3'
Protein: Met – Phe – Val – Asn – Gln – His – Leu – Cys – Gly – Ser – Stopp
Missense-Mutation (C statt G): DNA 3' TAC AAG CAG TTA GC GTG GAA ... → m-RNA: CAG (statt GUC?) → genau prüfen, im PDF: es entsteht eine andere AS.
Nonsense-Mutation: DNA 3' TAC AAG CAG TTA ATC GTG GAA ... → m-RNA: UAC (Tyrosin?) → Achtung: UAC ist kein Stopp, aber im PDF steht "UAC" als Beispiel – wichtig: Nonsense = Stoppcodon.
4. Praxisbeispiel: Adipositas (aus PDF S.13)
🧠 Regulation des Hungergefühls (normal)
- Hypothalamus (Gehirnregion) steuert Appetit.
- POMC-Gen → produziert POMC-Protein.
- POMC wird umgewandelt in MSH (Botenstoff).
- MSH bindet an Rezeptoren → Signal: Appetithemmung (Sättigung).
Mutationen und ihre Folgen (Aufgabe 2 & 3, S.13)
| Mutation im ... | Auswirkung auf Protein/AS | Therapie mit Leptin? | Therapie mit MSH? |
|---|
| POMC-Gen | Kein POMC-Protein (oder defekt) → kein MSH | ❌ Nein | ✅ Ja (MSH ersetzen) |
| MSH-Rezeptor-Gen | Rezeptor defekt (z.B. Missense) → MSH kann nicht binden | ❌ Nein | ❌ Nein (Zielorgan reagiert nicht) |
Wichtig: Bei Rezeptor-Defekt hilft weder Leptin noch MSH, weil das Signal nicht ankommt.
✅ Test-Checkliste – So gehst du vor
- Proteinbiosynthese-Ablauf: Transkription (Zellkern, DNA→m-RNA) + Translation (Ribosom, m-RNA→Protein) Schritt für Schritt erklären.
- DNA → Protein: m-RNA bilden (T→U, komplementär), in Tripletts teilen, mit Codesonne Aminosäuren bestimmen (ab 1. AUG).
- Mutationstyp bestimmen: Vergleich mit normaler DNA/m-RNA/AS-Kette. Ist eine Base getauscht? Fehlt eine? Wird eine eingefügt?
- Auswirkung auf AS-Abfolge: Gleiche AS? → stumm. Andere AS? → missense. Vorzeitiger Stopp? → nonsense. Alles ab da anders? → Frameshift (Deletion/Insertion).
- Adipositas-Fall: Liegt Mutation im POMC-Gen oder Rezeptor-Gen vor? Dann Therapie-Eignung begründen.
📚 Wichtige Begriffe (zum Lernen)
Transkription: DNA → m-RNA
Translation: m-RNA → Protein
codogener Strang: abgeschriebener DNA-Strang
Codon: Triplett auf m-RNA
Anticodon: Triplett auf t-RNA
Ribosom: Ort der Translation
t-RNA: bringt Aminosäuren
Startcodon: AUG (Methionin)
Stoppcodon: UAA, UAG, UGA
Punktmutation: Basenaustausch
Frameshift: Leseraster-Verschiebung
POMC: Gen für Appetitregulation
🖼️ Bildquellen / Links (aus deinem Material)
Da externe Bilder manchmal nicht laden, hier die Original-Bildbeschreibungen aus dem PDF – du kannst sie in deinem Material ansehen (Seitenzahlen):
- Seite 2: Abbildung "Vorgänge bei der Transkription und Translation" (Zellkern, Ribosom, m-RNA, t-RNA).
- Seite 3: "Codesonne für m-RNA-Tripletts" – wichtig zum Ablesen!
- Seite 5 & 11: Schemata zu Punktmutation, Deletion, Insertion.
- Seite 13: Abbildung 2 "Vereinfachtes Schema zur Regulation des Hungergefühls" und Abbildung 3 "Mutationen von adipösen Betroffenen".
- Seite 14: Bilder zu Ohrläppchen (Phänotyp/Genotyp) – für Vererbung, aber nicht testrelevant.