Funktionsmoleküle – die Welt der Proteine

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Ein Ausflug in die Welt der Proteine

Wir haben nun einen ersten Einblick in den Aufbau der Informationsmoleküle (Nukleinsäuren) gewonnen. Erinnern wir uns an dieser Stelle noch einmal an die Hierarchie der Lebensmoleküle:

• Informationsmoleküle
• Funktionsmoleküle
• Strukturmoleküle

Bevor wir uns weiter mit den Informationsmolekülen beschäftigen, verschaffen wir uns einen Überblick, wie die in der DNA gespeicherte Information zu den Funktions- bzw. Strukturmolekülen gelangt.

Dies geschieht in Form der sog. messenger – (engl. messenger = Bote) oder Boten-RNA (mRNA). Sie enthält eine Abschrift jener DNA-Bereiche, die zur Herstellung eines Funktionsmoleküls (z.B. des roten Blutfarbstoffs Hämoglobin oder eines Enzyms) benötigt werden. Die messenger-RNA (mRNA) wandert aus dem Zellkern ins Zellplasma (Cytoplasma) zum Produktionsort der Funktionsmoleküle.

Funktionsmoleküle, wie z.B. Enzyme oder das Hämoglobin bestehen in der Regel aus Eiweiß (Protein). Proteine sind wie DNA Riesenmoleküle. Während DNA aus nur vier verschiedenen Bestandteilen aufgebaut ist (nämlich aus den Nukleotiden A, T, G, C), bestehen Proteine aus 20 verschiedenen Teilen, die in wechselnder spezifischer Reihenfolge aneinander geknüpft sind. Diese Grundbausteine sind die Aminosäuren.

Jedes Protein hat seine charakteristische Folge von Aminosäuren (Aminosäuresequenz), z. B. das Insulin. Proteine haben die Aufgabe, die in den Nukleinsäuren gespeicherten Lebensinformationen in Lebensfunktionen umzusetzen.

Insulin – Aminosäuresequenz

Insulin; die einzelnen Kugeln stellen die Aminosäuren dar.
Quelle: Download for free at http://cnx.org/contents/ae4ffa00-69df-4ebd-85c8-55f42c950dfc@2.

Insulinstruktur – Räumliche Gestalt

Insulinstruktur; Quelle: By Isaac Yonemoto. [CC BY 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.5)], via Wikimedia Commons

Hier nur eine kleine Auswahl der vielfältigen Aufgaben, die Proteine erfüllen:

• Enzyme betreiben den Stoffwechsel
• Hormone steuern den Stoffwechsel
• Antikörper sind an der Immunabwehr beteiligt
• Hämoglobin, der rote Blutfarbstoff verteilt den Sauerstoff im Körper
• Speicherproteine speichern z.B. Eisen
• Muskelproteine sorgen dafür, dass sich der Muskel zusammenzieht …

Die Buchstaben der Genschrift (= die Basenfolge der DNA) sagen, wie das Protein, z.B. ein Enzym, gebaut sein muss. Der Gentext muss jedes Mal in Proteine (z.B. Enzyme) übersetzt werden, damit die Erbeigenschaften zum Vorschein kommen. Die Ausprägung der Erbeigenschaften ist identisch mit der Proteinsynthese in der Zelle.

Text Aminosäuren-Eiweiße-Peptide

Text Aminosäuren – Peptide – Proteine

Video TheSimpleBiology  

Video TheSimpleChemics  

Zusammenfassung

Der Abruf der genetischen Information führt zur Produktion von Proteinen = Funktionsmolekülen.

Enzyme sind die wichtigsten Funktionsmoleküle einer Zelle: sie katalysieren die Reaktionen des Stoffwechsels. Enzyme ermöglichen den Ablauf chemischer Reaktionen in der Zelle in einem lebensverträglichen Temperaturbereich indem sie die Aktivierungsenergie senken und  die Reaktion stark beschleunigen.

Die Spezifität der Enzyme beruht auf dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Die zu verarbeitende Substanz, das Substrat, passt exakt in die räumliche Struktur des Enzyms. Das Substrat wird im aktiven Zentrum gebunden, es entsteht ein Enzym-Substrat-Komplex, aus dem sich dann das Endprodukt abspaltet. Das Enzym wird nicht verändert.

Erst durch seine Raumstruktur kann das Enzym also seine eigentliche Funktion erfüllen. Die räumliche Struktur des Proteins wird durch die Folge der Aminosäuren und diese wiederum durch den genetischen Code der mRNA festgelegt.

Durch Membranen werden innerhalb der Zelle Funktionsräume geschaffen, in denen die unterschiedlichen Stoffwechselaktivitäten nebeneinander ablaufen können, ohne sich gegenseitig zu stören.

Membranen und andere räumliche Strukturen werden durch Strukturmoleküle gebildet. Sie bestehen aus speziellen Proteinen (Eiweißen), Lipiden (Fetten), Kohlenhydraten (Zucker).

Arbeitsblätter

Arbeitsblätter: Intern 12FO (Passwort) Kapitel 05

• AB_Aminosäuren_Proteine_Enzyme

Lernkontrolle – Lernkontrolle zur Einheit 5.1

Übungen

…

Tests

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