vom Gen zum Merkmal

Wie kann aus DNA-Information ein Protein gebildet werden? Proteinbiosynthese oder Genexpression dient zur Herstellung von Genprodukten.

Definiton Protein:

Proteine sind extrem wichtige Komponenten der Zelle. Sie werden aus einer oder mehrerer Ketten der Grundbausteine Aminosäuren gebildet. Ein Protein muss per Definition mindestens 100 Aminosäuren in einer Kette enthalten. Kürzere Aminosäureketten werden als Polypeptide, Ketten von bis zu 30 Aminosäuren als Oligopeptide bezeichnet.

Die Aminosäureketten ermöglichen nur ein funktionelles Protein, wenn diese in einer dreidimensionalen Struktur münden (=Proteinfaltung). Die Sequenz der Aminosäuren legt die Faltung und damit die Struktur des Proteins fest.

Proteine finden sich überall in der Zelle, so zeugt bereits die Namensgebung vom griechischen proteios: „grundlegend“ oder protos: „erster“ von der Wichtigkeit dieser Eiweißmoleküle. Proteine finden sich z.B. als

• Transportprotein (Hämoglobin das im Blut Sauerstoff transportiert)
• Enzyme (alle Stoffwechselreaktionen werden von Enzymen katalysiert)
• Kanäle (z.B. als spannungsabhängige Ionenkanäle in der Axonmembran (Neuron))
• Muskelprotein
• Immunglobuline (Antikörper binden spezifisch Antigene)
• Rezeptoren (Bsp. Neurobiologie: Rezeptoren der postsynaptischen Membran erkennen Neurotransmitter).

Defintion Proteinbiosynthese:

Als Proteinbiosynthese oder Genexpression bezeichnet man die Herstellung eines Proteins, eines Poly- oder Oligopeptids in einem lebenden Organismus.

Die Proteine werden, basierend auf der in der DNA festgeschriebenen Information, an den Ribosomen in der Zelle gebildet. Dies geschieht mit Hilfe der Prozesse Transkription und Translation.

Die Proteinbiosynthese folgt dem "zentralen Dogma" der Molekularbiologie, daher wird dies oft auch als Weg vom "Gen zum Protein" bezeichnet.

Proteinbiosynthese: ausgehend von der DNA (Erbgut, Informationsspeicher) wird die für die Proteinherstellung benötigte Geninformation transkripiert. Die Kopie (mRNA) fungiert als Bote und bringt die benötigte Erbinformation zu den Ribosomen, welche die mRNA-Information in Proteininformation übersetzen (Translation).

Defintion Gen:

Ein Gen bezeichnet eine Einheit im Erbgut eines Organismus, welches zur Bildung aller zellulären oder extrazellulären Proteine oder RNA-Moleküle dieses Lebewesens dient. Gene werden in veränderter oder unveränderter Form nach der Zellteilung an die Tochterzellen weitergegeben. 

Der Begriff Gen wird  vom griechischen “genesis” abgeleitet. Genesis bedeutet "Entstehung".

Synonyme Begriffe: Erbeinheit, Erbfaktor, Erbanlage

Das Grundmuster der Proteinbiosynthese findet sich in Lebewesen mit und ohne Zellkern wieder, trotzdem unterscheiden sich die Gene bzw. die Organisation des Erbgutes zwischen Pro- und Eukaryoten.

Gene von Eukaryoten:

Lebewesen, die einen Zellkern besitzen (Eukaryoten) ordnen ihr Erbmaterial in der Regel:

• auf langen Nukleinsäureketten zu liegen,
• Kondensiert und sichtbar als Chromosomen
• DNA befindet sich im Zellkern
• Gene bestehen aus Exons und Introns, wobei die Introns keine codierende Information tragen.

bakterielles Genom:

Bakterien (und andere Prokaryoten) besitzen keinen Zellkern. 

DNA liegt als einzelnes, ringförmiges Chromosom vor
zusätzliche DNA-Information kann auf sogenannten Plasmiden (extrachromosomale Gene) enthalten sein.

• das Zellinere zeigt keine Aufteilung in Kompartimente
• Gene können teilweise überlappen
• es gibt keine Introns

Gene von Viren:

Viren zählen nicht als Lebewesen, da sie sich nicht selbständig vermehren können und auch keine Stoffwechselaktivität zeigen. Ihr Erbgut ist folgendermaßen strukturiert:

• einzel- oder doppelsträngige DNA oder RNA
• von Proteinhülle (Kapsid) umschlossen
• keine Introns