Für die Schule (10): Aufbau und Struktur von Proteinen

Die 3-dimensionale Form eines Proteins ist entscheidend für seine Funktion. Doch wie entsteht aus einer unförmigen Aminosäurekette ein komplex gefaltetes Proteinmolekül? Wir betrachten diesen Vorgang am Beispiel des Enzyms Amylase.

Die Amylase ist ein Protein und gehört zur Gruppe der Enzyme. Sie spaltet im Mund und im Dünndarm das langkettige Kohlenhydrat Stärke in kleinere Zuckermoleküle. Die Amylase ist mehr oder weniger kugelförmig und hat spezifische Bindestellen für Stärke (Abb. 1). Die 3-dimensionale Form ist entscheidend für die Funktion des Enzyms.
Die Amylase wird wie jedes Protein am Ribosom hergestellt. Der Bauplan für das Protein ist im Amylase-Gen im Zellkern gespeichert. Hier ist festgeschrieben, welche Aminosäuren in welcher Reihenfolge im Protein angeordnet sind.

Alpha-amylase

Abb. 1: Amylase (blau) mit einem gebundenen Stärkemolekül (gelb)

Der Bauplan wird als mRNA kopiert und gelangt zum Ribosom. Dort werden die Aminosäuren entsprechend der Bauanleitung verknüpft und die Aminosäurekette wird schließlich freigesetzt. Die unförmige Aminosäurekette hat allerdings noch keine enzymatische Funktion. Hierfür muss sich die Aminosäurekette zu einer definierten 3-dimensionalen Form falten. Diese Form ist durch die Anordnung der Aminosäuren in der Kette festgelegt. Denn zwischen verschiedenen Aminosäuren kommt es zu Wechselwirkungen, manche Aminosäuren ziehen sich gegenseitig an, andere stoßen sich ab. Durch diese Vorgänge erhält das Protein seine enzymatisch aktive Form (Abb. 3). Da in jedem Amylaseprotein die Aminosäuren in der gleichen Reihenfolge verknüpft sind, faltet sich jedes Protein in der gleichen Art und Weise.

201903 Ribosome

Abb. 2: Herstellung eines Proteins am Ribosom. (Hellblaue Struktur = Kleine Ribosomen-Untereinheit, dunkelblaue Struktur = Große Ribosomen-Untereinheit, grüne Kette = Aminosäurekette)

Protein folding schematic

Abb. 3: Die unförmige Aminosäurekette (links) faltet sich durch Wechselwirkungen zwischen den Aminosäuren zu einer definierten 3-dimensionalen Form (rechts).


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3×3 Sammlung: Protein, Enzym & Co (3 Videos, 3 Audios, 3 Websites)

Podcastfolge: Proteine – Eine Säule des Lebens (Alltagschemie)


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