Proteinbiosynthese

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 28. Februar 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Proteine sind komplexe Eiweißmoleküle, die in einer festen Struktur angeordnet sind. Ihre Neubildung in Zellen wird Proteinbiosynthese genannt.

Proteine können aus mehreren 1.000 Aminosäuren bestehen. Sie sind unverzichtbare Bausteine aller lebenden Organismen.

Was ist die Proteinbiosynthese?

Proteine sind komplexe Eiweißmoleküle, die in einer festen Struktur angeordnet sind. Ihre Neubildung in Zellen wird Proteinbiosynthese genannt.

Proteine werden in einem aufwändigen, biochemischen Vorgang aus Aminosäuren synthetisiert. Der findet an den Ribosomen einer Zelle statt. Obwohl ein Protein komplex aufgebaut ist, erhält das Ribosom die exakte Information, in welcher Reihenfolge die Aminosäuren miteinander verknüpft werden müssen.

Die Information über den Aufbau des Proteins ist in der DNA abgelegt. Ein menschliches Gen besteht aus 23 Chromosomen in doppelter Ausführung, mit Ausnahme des männlichen Y-Chromosoms. Jedes Chromosom hat somit zwei oder einen langen DNA-Faden. Er wird mithilfe von Proteinen in einem komplexen Vorgang in einer festgelegten Form (Doppel-Helix) aufgewickelt.

Der Mensch hat etwa 25.000 Gene, sodass circa 1.000 Gene auf einem Chromosom abgelegt sind. In der Regel ist ein Gen für die Synthese eines Proteins zuständig. Damit ein Protein synthetisiert werden kann, muss die DNA des Proteins aus dem Zellkern zu den Ribosomen transportiert werden.

Zu diesem Zweck stellt der Körper eine Kopie des Gens her, die Messenger-RNA oder mRNA. Diese Kopie wandert ins Zellplasma zu den Ribosomen und wird dort kodiert. Die Ribosomen setzen sich auf den Chromosomenstrang und stellen die neuen Proteinmoleküle her. Dieser Vorgang heißt Translation. Nun faltet sich die Proteinkette in ihre endgültige Form auf und löst sich von den Ribosomen.

Funktion & Aufgabe

Die Proteinbiosynthese ist lebenswichtig, denn Proteine beeinflussen nahezu alle Vorgänge im menschlichen Körper. Sie sind auch für unser Erscheinungsbild verantwortlich.

Die Proteinstruktur ist genetisch festgelegt. Ribosomen arbeiten nicht wie Maschinen und folgen manchmal sogar zufälligen Reaktionspfaden. Obwohl der Zufall bei einzelnen Reaktionsschritten eine Rolle spielt, arbeiten Ribosomen dennoch extrem zuverlässig und bauen so gut wie nie falsche Aminosäuren in die Kette ein.

Als elementare Bausteine des Organismus kommen Proteine in sämtlichen Gewebestrukturen sowie Körperflüssigkeiten vor. Zur Erhaltung der Körpersubstanz, in der permanent Abbau- und Umbauprozesse stattfinden, zur Heilung, Reproduktion und Wachstum sowie zur Herstellung von Strukturen ist die permanente Zufuhr von Eiweißen notwendig.

Kraftsportler erhoffen sich durch Nahrungsproteine, die Eiweißsynthese im Muskel anzuregen und mehr Muskulatur aufbauen zu können. Die Verfügbarkeit von Aminosäuren kann die Proteinsynthese zwar anregen, doch in welchem Ausmaß dies stattfindet, darüber bestehen unterschiedliche Meinungen. Bewiesen ist jedoch, dass auch der gesunde Körper mit abnehmender Muskelmasse Stresssituationen schlechter verkraften kann.

Aus Gründen der Leistungssteigerung einen permanenten Vorrat an Aminosäuren anzulegen, ist dennoch umstritten, denn ist die Konzentration von Aminosäuren im Blut über einen längeren Zeitraum sehr hoch, schaltet der Körper die Proteinbiosynthese einfach aus. Um eine Erhöhung der Muskelmasse zu erreichen, ist also die Zeit bedeutsamer als die Menge der Proteine.

Wachstumsfaktoren wie Insulin beeinflussen die Proteinbiosynthese, denn sie können die Aufnahme von Aminosäuren anregen. Diese leistungssteigernden Medikamente sind im Leistungssport als Doping untersagt.

Krankheiten & Beschwerden

Ein Schwerpunkt der medizinischen Forschung bezieht sich auf strukturelle Erkenntnisse über die Funktion und Bindungsstellen von Antibiotika. Die neuesten Antibiotika wirken direkt an den Ribosomen auf die Proteinbiosynthese. Das Antibiotikum stört die Synthese, indem es direkt an die Ribosomen andockt, um unerwünschte Krankheitserreger an Ort und Stelle abzutöten.

Aminosäuren regen die Bildung der Mitochondrien, den Kraftwerken der Zellen, an. Zellen die viel Energie verbrauchen, also zum Beispiel die Skelett- und Herzmuskulatur, besitzen besonders viele Mitochondrien.

Aktivität erzeugt Energie und regt Stoffwechselvorgänge an. Bei degenerativen Muskelerkrankungen ist Muskelbewegung besonders wichtig, um die Proteinbiosynthese zu aktivieren. Lässt die Proteinherstellung nach, ist das Ziel häufig eine erhöhte Aminosäuremobilisierung.

Auch Hormone können die Funktion des Muskels steuern. Testosteron beispielsweise ist für seinen anabolen Effekt bekannt, denn es stimuliert die Proteinproduktion und fördert Muskelaufbau.

Proteinfaltungserkrankungen verhindern die korrekte Faltung des Proteinfadens und haben schwerwiegende Folgen. Als Ursache wird eine Genmutation angenommen. Falsch gefaltete Proteine erzeugen unterschiedliche Krankheiten, wobei die Zellen immer mit Stress antworten. Weil die Transaktion unterdrückt wird, kommt es zur verstärkten Synthese schädlicher Stoffe.

Auch kann bereits Vitaminmangel zu Störungen der Proteinbiosynthese führen. Vitamin B6 hat dabei unter den Vitaminen den stärksten Einfluss auf die Eiweißsynthese. Ein Mangel bewirkt Nervenschäden, Hautveränderungen, Wachstumsstörungen und Muskelschwund.

Als erworbene Störungen der Proteinbiosynthese sind vor allem Leberentzündungen und Leberzirrhose bekannt. Die Entzündung führt zu Veränderungen in der Aminosäuresequenz. Fehler bei Transkription oder Translation sowie schwere Infektionskrankheiten können ebenfalls Fehlfaltungen erzeugen.

Heute versuchen Biochemiker, die Dynamik der Proteinbiosynthese zu berechnen, um genetisch verursachten Krankheiten heilen zu können. Diese Erkenntnisse haben wiederum für alle Zellprozesse Bedeutung.

Quellen

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