Die experimentelle Entschlüsselung der Proteinbiosynthese
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Grundlagen zum Thema Die experimentelle Entschlüsselung der Proteinbiosynthese
In diesem Video geht es um den Versuch, mit dem die Proteinbiosynthese an den Ribosomen lokalisiert wurde. Wir begründen, warum es eine RNA als Botenmolekül geben muss, begründen das Vorhandensein der tRNA und schauen uns an, was das "zentrale Dogma der Molekularbiologie" aussagt.
Transkript Die experimentelle Entschlüsselung der Proteinbiosynthese
Hallo. Organismen müssen sich ständig an ihre Umwelt anpassen. Das machen sie unter anderem, indem sie Gene an- und abschalten und so unterschiedliche Proteine synthetisieren. Sie regulieren also ihre Proteinbiosynthese. In diesem Video geht es um die Entschlüsselung der Proteinbiosynthese. Wir schauen uns das Experiment an, in dem sie am Ribosom lokalisiert wurde, den Nachweis, dass mRNA das Botenmolekül zwischen DNA und Ribosom ist, begründen das Vorhandensein der tRNA und finden heraus, was sich hinter dem zentralen Dogma der Molekularbiologie verbirgt. Beginnen wir mit dem Experiment zur Lokalisation der Proteinbiosynthese. Diese findet an den Ribosomen statt, kleinen Komplexen aus Proteinen und RNA im Zytoplasma, in Mitochondrien und Chloroplasten. Zuerst werden Bakterien gezüchtet, die radioaktiv markierte Aminosäuren aufgenommen haben. Nach einer kurzen Zeitspanne von zehn Sekunden wird die Proteinbiosynthese gestoppt. Im zweiten Schritt werden die Bakterienzellen mit Hilfe eines sogenannten Homogenisators aufgebrochen. Das Gemisch einzelner Zellbestandteile wird nun zentrifugiert. Schwerere Teilchen wie Zellwandbruchstücke und Organellen setzen sich unten ab. Die leichteren Ribosomen, Proteine und RNAs bleiben oben. Eine zweite Zentrifugation mit höherer Drehzahl muss durchgeführt werden: eine sogenannte Ultrazentrifugation. Die Radioaktivität der einzelnen Zellbestandteile wird nun gemessen. Da sich die markierten Aminosäuren in der Ribosomen-Fraktion befinden ist klar, dass hier die Proteinbiosynthese stattfinden muss. Um möglichst schnell die verschiedenen Gene abzulesen und die entsprechenden Proteine zu synthetisieren, muss es zwischen der DNA und den synthetisierten Ribosomen Botenmoleküle geben. Andernfalls könnte jeder DNA-Abschnitt nur einmal zur selben Zeit abgelesen werden. Außerdem muss die Information aus dem Zellkern heraus und zu den Ribosomen im Zellplasma transportiert werden. Dieses Botenmolekül ist die messenger-RNA, kurz mRNA. Sie ist relativ instabil und kann schnell auf- und abgebaut werden. Die einzelnen Bestandteile werden dann wiederverwertet. Elliot Volkin und Lazarus Astrachan führten Mitte der 50er Jahre ein Experiment durch, dessen Ergebnisse erst später durch Jacques Monod und andere Genetiker bekannt wurden. Sie infizierten Escherichia-coli-Bakterien mit einem Virus, einem sogenannten Bakteriophagen. Dieser bringt seine DNA in die Bakterien ein. Wenig später beobachteten die Forscher, dass die Menge an RNA schnell zunahm. Zudem ähnelte diese stark der DNA der Bakteriophagen. Francois Jacob und Jacques Monod gaben ihr den Namen messenger-RNA. Für eine vollständig ablaufende Proteinbiosynthese ist ein weiterer RNA Typ erforderlich: die transfer-RNA, kurz tRNA. Sie ordnet den Basentripletts auf der mRNA die entsprechende Aminosäure zu. Dabei wird die tRNA mit der entsprechenden Aminosäure beladen. Ein sogenanntes Anticodon an der tRNA muss zum Codon der mRNA passen, damit die herantransportierte Aminosäure an das entstehende Protein angebaut werden kann. Für jede Aminosäure gibt es mindestens eine transfer-RNA. Eine wichtige Hypothese im Zusammenhang mit der Proteinbiosynthese ist das zentrale Dogma der Molekularbiologie. Francis Crick formulierte, dass keine sequenzielle Information von Protein zu Protein oder zu einer Nukleinsäure übertragen werden kann. Eine Information wird demnach immer von DNA in RNA und schließlich in ein Protein umgewandelt. Diese Theorie wird weiterhin weitestgehend anerkannt. Allerdings gibt es Ausnahmen: Bestimmte Viren, sogenannte Retroviren, können RNA in DNA umwandeln. Ein zweites Beispiel ist die direkte Translation von der DNA zum Protein unter Laborbedingungen, außerhalb von lebenden Organismen. Fassen wir noch einmal zusammen: Die Proteinbiosynthese findet an den Ribosomen statt. Das wurde an Bakterien mit radioaktiv markierten Aminosäuren und durch Zentrifugation nachgewiesen. Um die DNA schneller abzulesen und die Informationen aus dem Zellkern heraus zu transportieren, bedarf es spezieller Botenmoleküle: der messenger-RNA. Um das nachzuweisen wurden Bakteriophagen benutzt, die ihre DNA in Bakterien einbrachten. Ein schneller Anstieg der RNA-Konzentration wurde festgestellt, die zudem dem des Bakteriophagen glich. Neben mRNA ist transfer-RNA für die Proteinbiosynthese erforderlich. Diese lagert sich mit einem Anticodon an die mRNA an und ordnet die richtige Aminosäure zu. Ein Meilenstein in der Genetik ist das zentrale Dogma der Molekularbiologie. Es besagt, dass keine sequentielle Information von Protein zu Protein oder zu einer Nukleinsäure übertragen werden kann. Diese These wurde aber teilweise widerlegt. Bis zum nächsten Mal, tschüss!
Die experimentelle Entschlüsselung der Proteinbiosynthese Übung
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Gib den Ort der Proteinbiosynthese an.
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Beschreibe das Experiment zur Lokalisation der Proteinbiosynthese.
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Begründe, wie man aus dem Experiment auf die Existenz von Botenmolekülen schließen kann.
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Erkläre die Auswirkungen der Bakteriophagen auf die bakterielle mRNA im zweiten Experiment.
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Gib das zentrale Dogma der Molekularbiologie wieder.
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Begründe ein Gegenargument zur Schlussfolgerung des Wissenschaftlers.
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