AUFGABENSAMMLUNG Proteinsynthese bei Eukaryoten

AUFGABENSAMMLUNG
Proteinsynthese bei Eukaryoten
Lösungen
Stellen Sie die wesentlichen Punkte der Proteinbiosynthese bei Eukaryoten gegenüber der
von Prokaryoten dar!
Transkription. Sie läuft bei Eukaryoten im Wesentlichen ab wie bei Prokaryoten. Dabei wird die
vollständige DNA-Sequenz, das heißt Exons und Introns, kopiert. Die entstandene RNA enthält
also noch nicht-codierende Abschnitte. Sie wird als prä-mRNA bezeichnet und muss noch einen
Reifungsprozess durchlaufen: Das 5’-Ende wird mit einem speziellen Nucleotid verknüpft; es
entsteht dort die cap-Struktur, die bei der Translation als Markierung des 5’-Endes für die kleinere
Untereinheit des Ribosoms dient. An das 3’-Ende wird ein Poly(A)-Schwanz aus 100 bis 200
Adenin-Nucleotiden angeheftet. Die Länge dieses Poly(A)-Schwanzes hat Einfluss auf die
Lebensdauer der mRNA.
Durch Spleißosomen, die sich aus kurzen RNA-Molekülen und Proteinen zusammensetzen,
werden die Introns herausgeschnitten. Die verbleibenden Exon-Sequenzen bilden mit cap-Struktur
und Poly(A)-Schwanz versehen die reife mRNA. Infolge alternativen Spleißens kann diese mRNA
unterschiedliche Abfolgen von Exons enthalten.
Die reife mRNA gelangt durch Poren in der Kernmembran aus dem Zellkern in das Cytoplasma.
Translation. Sie verläuft im Wesentlichen wie bei Prokaryoten.
Oft werden die gebildeten Proteine nach der Translation weiter modifiziert, indem zum Beispiel aus
der Polypeptidkette Bereiche herausgeschnitten werden, damit das Protein funktionsfähig wird.
Vergleichen Sie den Aufbau eines Gens bei Pro- und Eukaryoten!
Der auffälligste Unterschied im Aufbau der Gene von Eukaryoten gegenüber denen der
Prokaryoten besteht darin, dass die codierende Sequenz (Exons) durch nicht-codierende
Abschnitte (Introns) unterbrochen ist. Durch Spleißen werden die Introns aus der prä-mRNA
herausgeschnitten und die Exons zur reifen mRNA verknüpft.
Proteinbiosynthese
Auch bezüglich der Kontrollelemente zeigen sich Unterschiede. So finden sich bei Prokaryoten
Komplexe so genannter Strukturgene, die einen gemeinsamen Promotor besitzen und durch
denselben Operator kontrolliert werden, so genannte Operons. Bei der Transkription entsteht eine
einzige mRNA, die mehrere Bindungsstellen für Ribosomen aufweist, sodass sie in mehrere
Polypeptide translatiert wird.
Solche Operons gibt es bei Eukaryoten nicht. Eine mRNA kann hier nicht als Matrize für mehrere
Polypeptide dienen, da die Ribosomen immer am – durch die cap-Struktur markierten – 5’-Ende der
mRNA binden.
 2004 Schroedel, Braunschweig
Außerdem gehört zu einem eukaryotischen Gen eine größere Vielfalt an DNA-Sequenzen, die die
Transkription steuern, als bei einem prokaryotischen Gen. So sind für die Initiation nicht nur der
Promotor, sondern bei vielen Genen weit von den codierenden Sequenzen entfernt liegende
Kontroll-DNA-Sequenzen notwendig. An diesen Sequenzen binden spezifische Gen-KontrollProteine. Vermutlich wirken diese Proteine dadurch bei der Initiation der Transkription mit, dass sie
durch Schleifenbildung der DNA mit den am Promotor bindenden Transkriptionsfaktoren
zusammengebracht werden.
Erläutern Sie die Bedeutung des Spleißens!
Beim Spleißen werden die nicht-codierenden Bereiche eines eukaryotischen Gens, die Introns,
herausgeschnitten. Dabei kann das Spleißmuster variiert werden, das heißt die Exons können in
unterschiedlicher Anordnung zu einer reifen mRNA verknüpft werden. Durch dieses so genannte
alternative Spleißen können aufgrund der Information eines Gens unterschiedliche Polypeptide
gebildet werden. Die daraus resultierende größere Vielfalt an Proteinen ermöglicht eine höhere
Komplexität eukaryotischer Zellen.
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