Schema der Proteinbiosynthese erstellen
Schemata der Proteinbiosynthese mit Transkription und Translation: RNA-Polymerase, Spleißen der mRNA, das Ribosom mit tRNAs, Codons und Anticodons und das zentrale Dogma. Gedacht für Biologie- und Genetikunterricht und Biotechnologie.
Schema-Beispiele zur Proteinbiosynthese
Echte Renderings der Prompts: die beschriftete Proteinbiosynthese von der DNA bis zum Polypeptid, ein Schulüberblick, Transkription vs. Translation und ein leeres Arbeitsblatt. Ein Klick lädt den Prompt zum Bearbeiten.
Beschriftete Proteinbiosynthese: Transkription oben, Translation unten
Lesen Sie jede Reihe von links nach rechts. Der Pfeil am rechten Rand führt die fertige mRNA aus dem Zellkern hinunter in die zweite Reihe.
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Transkription im Zellkern
Die RNA-Polymerase öffnet die DNA, hängt RNA-Nukleotide an die wachsende mRNA und löst sich am Ende des Gens.
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Prozessierung der RNA
Die prä-mRNA erhält eine 5′-Cap, ihre Introns werden herausgespleißt, ein Poly-A-Schwanz wird angehängt, und sie verlässt den Kern durch eine Kernpore.
- 3
Initiation und Elongation im Cytoplasma
Die Initiator-tRNA mit Methionin paart sich mit AUG; weitere tRNAs folgen Codon für Codon durch die A-, P- und E-Stelle.
- 4
Termination
Ein Freisetzungsfaktor bindet an das Stopp-Codon; das Polypeptid und beide Untereinheiten des Ribosoms lösen sich voneinander.
Transkription, Translation, tRNA: Schemata der Proteinbiosynthese nach Ausschnitt
Die Proteinbiosynthese wird als Ganzes gezeichnet, wie oben, oder ein Teil nach dem anderen. Diese Fassungen nutzen Unterricht und Fachartikel am häufigsten.
Transkription
Ein Gen in Nahansicht. Die RNA-Polymerase sitzt in einer Transkriptionsblase auf dem codogenen Strang, liest ihn in 3′→5′-Richtung und baut die RNA in 5′→3′-Richtung; der andere DNA-Strang, der codierende Strang, hat dieselbe Sequenz wie die RNA, mit T anstelle von U. Beschriften Sie den Promotor stromaufwärts, die 5′- und 3′-Enden aller drei Stränge und die Laufrichtung der Polymerase.
Translation
Ein Ribosom auf der mRNA mit seinen drei Stellen: die ankommende tRNA in der A-Stelle, die tRNA mit der wachsenden Kette in der P-Stelle, die leere tRNA beim Austritt über die E-Stelle. Das Ribosom wandert in 5′→3′-Richtung an der mRNA entlang, und die Kette wächst von ihrem N-Terminus aus. Sagen Sie, ob ein eukaryotisches Ribosom (40S- und 60S-Untereinheit, zusammen 80S) oder ein bakterielles (30S und 50S, 70S) gezeichnet werden soll.
Transkription und Translation
Beide Schritte in einer Abbildung, was in einer eukaryotischen Zelle einen Zellkern bedeutet, dessen Hülle die mRNA durchquert. Verlangen Sie die bakterielle Fassung, und das Bild ändert sich: kein Zellkern und keine Prozessierung, und Ribosomen beginnen die mRNA zu übersetzen, während die RNA-Polymerase sie noch herstellt, sodass mehrere Ribosomen auf einem unfertigen Transkript sitzen.
Zentrales Dogma der Molekularbiologie
Drei Wörter und die Pfeile dazwischen: DNA → RNA → Protein, mit einer Schleife an der DNA für die Replikation. Ergänzen Sie die Ausnahmen als gestrichelte Pfeile, wenn der Kurs sie behandelt: die reverse Transkription von RNA zu DNA bei Retroviren wie HIV und das Kopieren von RNA zu RNA bei vielen RNA-Viren. Kein Pfeil führt vom Protein zurück zur Nukleinsäure.
tRNA Aufbau
Das Kleeblatt, etwa 76 bis 90 Nukleotide, gefaltet in vier Arme: den Akzeptorstamm, der am 3′-Ende mit CCA endet, wo die Aminosäure gebunden wird; den D-Arm; den Anticodon-Arm mit den drei Basen, die sich mit dem Codon paaren; und den TΨC-Arm, mit einer variablen Schleife zwischen den letzten beiden. Räumlich faltet sich die tRNA zu einem L, mit dem Anticodon an einem Ende und der Aminosäure am anderen.
Spleißen und mRNA-Prozessierung
Die prä-mRNA vorher und nachher: eine 5′-Cap aus modifiziertem Guanin, ein Poly-A-Schwanz aus etwa 200 Adeninen und die Introns, die das Spleißosom herausschneidet, sodass sich die Exons verbinden. Zeichnen Sie eine zweite reife mRNA, in der ein Exon fehlt, um alternatives Spleißen zu zeigen, also den Weg, auf dem ein Gen mehr als ein Protein ergibt.
Genexpression und Genregulation
Die Proteinbiosynthese mit ihren Steuerstellen. Für Bakterien ist das Standardbeispiel das lac-Operon: Ein Repressor am Operator blockiert die RNA-Polymerase, bis Lactose, in Form von Allolactose, an den Repressor bindet und ihn ablöst. Für Eukaryoten Transkriptionsfaktoren an Promotor und Enhancern, gefolgt von den späteren Steuerstellen: Spleißen, Lebensdauer der mRNA und Translation.
Proteinbiosynthese als Flussdiagramm
Kästchen und Pfeile ohne Zeichnungen: DNA → Transkription → prä-mRNA → Cap, Schwanz und Spleißen → mRNA → Kernpore → Ribosom → Translation → Polypeptid → Faltung. Eine Zeile pro Kästchen; so lässt es sich sauber in Mitschriften und auf Lernkarten übertragen.
Proteinbiosynthese einfach erklärt
DNA im Zellkern, eine mRNA-Kopie, ein Ribosom, tRNAs und eine kurze Kette aus Aminosäuren. Schreiben Sie eine kurze Botschaft wie AUG UUU GGC UAA aus, damit die Klasse sie selbst entschlüsselt: Methionin, Phenylalanin, Glycin, dann Stopp.
Schritte der Proteinbiosynthese und was dabei geschieht
Die Schritte, die ein beschriftetes Schema der Proteinbiosynthese üblicherweise zeigt, was in jedem geschieht und wo in der Zelle er stattfindet. Das ist der Standardumfang, solange Sie keinen kürzeren verlangen.
| Schritt | Was geschieht | Ort |
|---|---|---|
| Transkription: Initiation | Die RNA-Polymerase bindet an den Promotor, die DNA wird entwunden | Zellkern (bei Bakterien Cytoplasma) |
| Transkription: Elongation | Die RNA-Polymerase liest den codogenen Strang und baut die prä-mRNA in 5′→3′-Richtung | Zellkern |
| Transkription: Termination | Das Transkript wird freigesetzt, die DNA windet sich wieder | Zellkern |
| 5′-Capping | Eine modifizierte Guanin-Kappe wird an den Anfang der prä-mRNA gesetzt; sie schützt die mRNA und hilft dem Ribosom beim Binden | Zellkern |
| Poly-A-Schwanz | Etwa 200 Adenine werden an das 3′-Ende gehängt | Zellkern |
| Spleißen | Introns werden herausgeschnitten, Exons zur reifen mRNA verbunden | Zellkern |
| mRNA-Export | Die reife mRNA verlässt den Kern durch eine Kernpore | Kernhülle |
| Translation: Initiation | Die kleine ribosomale Untereinheit bindet die mRNA, die Initiator-tRNA paart sich mit dem Start-Codon AUG, die große Untereinheit lagert sich an | Cytoplasma, an freien Ribosomen oder am rauen ER |
| Translation: Elongation | tRNAs treten in die A-Stelle ein, Peptidbindungen verknüpfen die Aminosäuren, das Ribosom rückt Codon für Codon weiter | Ribosom |
| Translation: Termination | Ein Stopp-Codon erreicht die A-Stelle, ein Freisetzungsfaktor bindet, das Polypeptid wird freigesetzt | Ribosom |
Wie fein der Ablauf aufgeteilt wird, hängt vom Kurs ab. In der Mittelstufe genügen oft zwei Schritte, Transkription und Translation, mit DNA, mRNA, Ribosom und tRNA; in der Oberstufe und im Studium kommen Prozessierung, A-, P- und E-Stelle, Start- und Stopp-Codon und die drei Phasen jedes Schritts hinzu. Nennen Sie die Beschriftungen, die Sie brauchen, und nur diese werden gezeichnet.
Was zeigt ein Schema der Proteinbiosynthese?
Ein Schema der Proteinbiosynthese zeigt, wie die Zelle aus einem Gen ein Protein macht, in zwei Schritten: Bei der Transkription kopiert die RNA-Polymerase DNA in mRNA, bei der Translation liest ein Ribosom deren Codons, und tRNAs bringen die passenden Aminosäuren. Bei Eukaryoten wird die mRNA dazwischen prozessiert.
Auf einen Blick
- Die Information fließt von der DNA über die RNA zum Protein. Das ist das zentrale Dogma der Molekularbiologie: Die Transkription erstellt eine mRNA-Kopie eines Gens, die Translation an den Ribosomen übersetzt diese Botschaft in eine Kette von Aminosäuren.
- Der genetische Code wird in Tripletts gelesen. Jedes Codon aus drei Basen auf der mRNA steht für eine Aminosäure; von den 64 möglichen Codons codieren 61 für Aminosäuren und 3 sind Stopp-Codons, und AUG codiert Methionin und startet zugleich die Translation.
- Eukaryotische mRNA wird prozessiert, bevor sie den Kern verlässt. Die prä-mRNA erhält eine 5′-Cap und einen Poly-A-Schwanz aus etwa 200 Adeninen, und ihre Introns werden herausgespleißt, sodass nur die Exons übrig bleiben.
- tRNAs sind die Adapter. Jede tRNA trägt eine Aminosäure und besitzt ein Anticodon, das sich mit einem Codon der mRNA paart; je nach Art gibt es im Cytoplasma 40 bis 60 verschiedene tRNAs.
- Das Ribosom hat drei Bindungsstellen für tRNA. Eine neue tRNA tritt in die A-Stelle ein, die tRNA mit der wachsenden Kette sitzt in der P-Stelle, leere tRNAs verlassen es über die E-Stelle; die Peptidyltransferase, ein RNA-Enzym der großen Untereinheit, knüpft jede Peptidbindung.
Transkription und Translation: Worin liegt der Unterschied?
Die Transkription kopiert die DNA eines Gens in Boten-RNA; die Translation liest diese mRNA und baut danach ein Protein. Bei Eukaryoten läuft die Transkription im Zellkern und die Translation im Cytoplasma ab; bei Bakterien, die keinen Kern haben, laufen beide im Cytoplasma ab.
| Transkription | Translation | |
|---|---|---|
| Matrize | DNA (der codogene Strang) | mRNA |
| Produkt | RNA, bei Eukaryoten prä-mRNA | Eine Polypeptidkette |
| Ort bei Eukaryoten | Zellkern | Cytoplasma, an Ribosomen |
| Wichtigste Akteure | RNA-Polymerase (RNA-Polymerase II für mRNA) | Ribosom und tRNAs |
| Bausteine | RNA-Nukleotide (A, U, G, C) | Aminosäuren |
| Startsignal | Promotor, etwa die TATA-Box | Start-Codon AUG |
| Stoppsignal | Terminationssequenz | Stopp-Codon (UAA, UAG oder UGA) |
| Basenpaarung | RNA-Nukleotide paaren sich mit dem DNA-Strang, U statt T | Anticodons der tRNA paaren sich mit Codons der mRNA |
Zeichnen Sie die Transkription im Zellkern und die Translation außerhalb, mit der mRNA, die dazwischen die Kernhülle durchquert, und zeigen Sie mindestens ein Codon gepaart mit dem Anticodon seiner tRNA. Ein Schema mit einem Ribosom, das im Kern übersetzt, oder mit T in der mRNA ist der erste Fehler, nach dem Sie suchen sollten.
Häufige Fragen zum Schema der Proteinbiosynthese
Was gehört in ein beschriftetes Schema der Proteinbiosynthese?
Standard sind die DNA mit codogenem Strang, RNA-Polymerase und mRNA im Zellkern, eine Kernpore, dann das Ribosom mit kleiner und großer Untereinheit, tRNAs mit Anticodon und Aminosäure, die Codons der mRNA ab dem Start-Codon und die wachsende Polypeptidkette. Verlangen Sie weniger Beschriftungen, werden nur diese gezeichnet.
Was ist das zentrale Dogma der Molekularbiologie?
Die genetische Information fließt von der DNA über die RNA zum Protein: Die DNA wird durch Replikation kopiert, in RNA transkribiert und in Protein translatiert. Francis Crick formulierte es 1958. Retroviren wie HIV schreiben RNA mit der reversen Transkriptase in DNA um, und viele RNA-Viren kopieren RNA in RNA, doch kein bekannter Vorgang übersetzt eine Proteinsequenz zurück in Nukleinsäure.
Welche Schritte hat die Proteinbiosynthese, und in welcher Reihenfolge?
Transkription, Prozessierung der RNA und Translation. Die RNA-Polymerase kopiert ein Gen in prä-mRNA; bei Eukaryoten erhält diese eine Cap, einen Poly-A-Schwanz und wird gespleißt; die mRNA verlässt den Kern; ein Ribosom übersetzt sie: Initiation am AUG, Elongation Codon für Codon, Termination an einem Stopp-Codon.
Was ist der Unterschied zwischen Codon und Anticodon?
Ein Codon ist eine Folge von drei Basen auf der mRNA; ein Anticodon ist die passende Dreierfolge auf einer tRNA. Beide paaren sich komplementär: Das Codon AUG wird von einer tRNA mit dem Anticodon UAC gelesen, die Methionin trägt.
Welche Aufgaben haben mRNA, tRNA und rRNA?
Die mRNA bringt die Botschaft des Gens vom Kern zum Ribosom; die tRNA bringt die Aminosäuren und ordnet sie den Codons zu; die rRNA bildet den Kern des Ribosoms und katalysiert die Peptidbindungen. Alle drei entstehen durch Transkription.
Wo findet die Proteinbiosynthese statt?
Die Transkription findet im Zellkern statt, die Translation im Cytoplasma, an freien Ribosomen oder an Ribosomen des rauen endoplasmatischen Retikulums. Bei Bakterien, die keinen Kern haben, findet beides im Cytoplasma statt. Auch Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eigene Ribosomen.
Wie viele Codons gibt es?
64: 61 codieren für Aminosäuren, 3 sind Stopp-Codons. Die meisten Aminosäuren haben mehr als ein Codon, deshalb heißt der Code degeneriert; AUG ist das Start-Codon und codiert zugleich Methionin.
Wie verändert eine Mutation die Proteinbiosynthese?
Eine veränderte Base verändert das Codon, das dann für eine andere Aminosäure, dieselbe oder ein Stopp stehen kann. Das Einfügen oder Entfernen von ein oder zwei Basen verschiebt das Leseraster und verfälscht jedes folgende Codon; mit diesem Effekt zeigten Crick und Brenner, dass der Code in Tripletts gelesen wird.
Geht auch eine einfache Zeichnung der Proteinbiosynthese für jüngere Klassen?
Ja, verlangen Sie einen einfachen Überblick, und das Schema beschränkt sich auf das Wesentliche: DNA im Zellkern, die mRNA-Kopie, das Ribosom und die Aminosäuren, die sich zu einem Protein verbinden. Fünf Beschriftungen oder weniger reichen in der Unterstufe meist aus.
Wie stellt das Tool sicher, dass Transkription und Translation am richtigen Ort und in der richtigen Reihenfolge stehen?
Die fachliche Vorgabe ist eingebaut. Jedes Bild wird angewiesen, dem üblichen Ablauf im Lehrbuch zu folgen: jeder Schritt in seiner richtigen Reihenfolge und mit einem Pfeil mit dem nächsten verbunden, jede Beschriftung exakt geschrieben. Prüfen Sie die Begriffe vor dem Druck an Ihrem Lehrplan; auf der Leinwand lässt sich jede Beschriftung direkt korrigieren.
Darf ich ein Schema der Proteinbiosynthese von hier im Biologieunterricht oder in der Abschlussarbeit verwenden?
Ja – die Schemata der Proteinbiosynthese, die Sie erzeugen, gehören Ihnen und lassen sich in Arbeitsblättern zur Molekularbiologie, Vorlesungsfolien, Protokollen und Abschlussarbeiten verwenden. Der Export reicht je nach Modell bis 4K.
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