Die elektrische Feldstärke beim Protein-Aufbau

Ursache der statischen elektrischen Feldstärke

• Statische Anordnung von Ladungen• Durch die Wahl der Ladungsverteilung im

dreidimensionalen Raum können unterschiedliche Feldverteilungen realisiert werden

• Eine Anwendung im Verlauf der Evolution: Aufbau eines Proteins aus der genetischen Information

Vom Gen zum Protein-Aufbau (0)

Quelle: http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2009/info_publ_che_09_en.pdf

Vom Gen zum Protein-Aufbau: Transkription

Der DNA-Abschnitt eines Gens wird zunächst in eine Messenger-Ribonukleinsäure (mRNA) umgeschrieben (Transkription)

Messenger-RNA (mRNA)

Messenger-RNA (mRNA)

Nukleinbasen: Adenin, Uracil, Thymin, Cytosin und Guanin

Vom Gen zum Protein-Aufbau: Aufbau des Ribosoms

Ribosome sind auf der mRNA bewegliche Partikel zur Proteinsynthese. In der tRNA herangeführte Bausteine werden im Ribosom gemäß des Codes auf der mRNA zusammengeführt, miteinander verknüpft oder verworfen

Vom Gen zum Protein-Aufbau: Transfer-RNA (tRNA)

Transfer-RNAs (tRNA) sind kurze Ribonukleinsäuren (RNA) , bei denen eine von 20 Aminosären durch eine - für diese Säure charakteristische - Dreiergruppe, dem „Anticodon“ aus drei der Nukleinbasen Adenin, Uracil, Cytosin und Guanin, gekennzeichnet ist

Vom Gen zum Protein-Aufbau: Codon und Anticodon

Das Codon ist eine Dreiergruppe aus Nukleinbasen Adenin, Uracil, Cytosin und Guanin der mRNA, sie codieren die genetische Information (vgl. Genetischer Code – Wikipedia)

Proteinsynthese im Ribosom – unpassende Bindung

Am Ort des Ribosoms wird die tRNA mit der mRNA zusammengeführt und auf Passung von „Codon“ mit „Anticodon“ überprüft. Bei Bindung „passt“ die Ladungsverteilung des Anticodons zu der vom Codon -am Ort des Ribosoms- vorgegebenen Feldstärke

Bei un-passender

Feld-Verteilung

Proteinsynthese im Ribosom – passende Bindung

Am Ort des Ribosoms wird die tRNA mit der mRNA zusammengeführt und auf Passung von „Codon“ mit „Anticodon“ überprüft. Bei Bindung „passt“ die Ladungsverteilung des Anticodons zu der vom Codon -am Ort des Ribosoms- vorgegebenen Feldstärke

Bei passender

Feld-Verteilung

Protein-Kette aus Bindungen zwischen Aminosäuren

„Passt“ die Ladungsverteilung des Anticodons zu der vom Codon am Ort des Ribosoms vorgegeben Feldstärke, dann bildet sich eine Peptid Bindung zwischen benachbarten Aminosäuren. Die Proteinkette wächst und bewegt sich nach außen, das Ribosom rückt auf der mRNA einen Schrritt weiter und bindet die nächste tRNA.

Proteinsynthese im Ribosom

Bei un-passender

Feld-Verteilung

Bei passender

Feld-Verteilung

Am Ort des Ribosoms wird die tRNA mit der mRNA zusammengeführt und auf Passung von „Codon“ mit „Anticodon“ überprüft. Bei Bindung „passt“ die Ladungsverteilung des Anticodons zu der vom Codon -am Ort des Ribosoms- vorgegebenen Feldstärke

Faltung der fertig gestellten Kette zum Protein

Quelle: http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2009/info_publ_che_09_en.pdf

Zusammenfassung

„Abtasten“ der Information im Codon der mRNA und Vergleich mit der des Anticodons der tRNA:

• Auf der mRNA geben die Codons die elektrische Feldstärke vor

• Am Ort des Ribosoms wird die Ladungsverteilung des Anticodons einer tRNA auf Bindung oder Abstoßung mit dem vorgegebenen Feld überprüft

• Bei Passung wird die tRNA so lange fixiert, bis sich eine Peptid-Bindung zur Aminosäure der benachbarten, schon fixierten tRNA gebildet hat