Das Hämoglobinmolekül
Das Hämoglobin ist der rote Blutfarbstoff. Dieses Molekül ist für den Transport des Sauerstoffs
im Blut zuständig. Es besitzt eine sehr komplexe Quartärstruktur.
Quartärstruktur des Hämoglobinmoleküls
Bändermodell (Untereinheit α und β, rot bzw. blau) von Hämoglobin A mit der prosthetischen Gruppe Häm (Stäbchenmodell, grün)
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Eine prosthetische Gruppe ist der Teil eines Proteins, der für seine Funktion unerlässlich ist. Diese Gruppe ist über eine Atombindung mit dem Protein verbunden.
Protheinsynthese in den Zellen
Proteine kommen in allen Zellen von Lebewesen vor. Enzyme z.B. wirken im inneren von Zellen als Biokatalysatoren. Hormone wirken als Botenstoffe im Körper die den Stoffwechsel steuern. Außerdem sind z.B. fadenförmige Proteine am Aufbau und der Struktur von Zellen beteiligt. Diese Proteine werden im Inneren der Zellen in den Ribosomen ( das sind kleine Zellorganellen) produziert.
Desoxyribonucleinsäure DNA und Ribonucleinsäure RNA
Ausschnitt des Moleküls der Desoxyribonucleinsäure DNA
Die DNA ist eine Nucleinsäure. Sie besteht aus den vier Basen Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T), dem Zucker Desoxyribose und Phosphatgruppen.
Die Struktur der DNA bildet eine Doppelhelix aus zwei Strängen, in denen vier Basen, die an Ribose gebunden sind, abwechseln. Die beiden Stränge sind über Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen miteinander verbunden. Die Wasserstoffbrückenbindungen sind allerdings immer nur zwischen bestimmten Basen möglich. So kann Adenin in dem einen Strang immer nur mit Thymin auf dem anderen Strang und Cytosin mit Guanin gekoppelt werden. Diese gegenüberliegenden Basen werden als komplementär bezeichnet.
Ausschnitt des Moleküls der Desoxyribonucleinsäure DNA
Rot: Wasserstoffbrückenbindungen, Blau: weiterer Verlauf der Kette
In jedem Strang sind die Basen an die Desoxyribose gebunden und diese dann über die Phosphatgruppen miteinander. Jeder Strang besitzt deshalb eine bestimmte Abfolge der Basen und der gegenüber liegende Strang die komplementären Basen.
Die Struktur der DNA wurde 1953 von Watson und Creek geklärt.
Die RNA ist eine Nucleinsäure die Anstelle von Desoxyribose nur Ribose und Anstelle von Thymin die Base Uracil enthält. Sie besteht auch nur aus einem Strang.
Proteinsynthese in Ribosomen der Zellen
Im Inneren der Zellen müssen Aminosäuren vorhanden sein, die entweder aus
der Nahrung oder aus recycelten Proteinen gewonnen werden.
In den Ribosomen wird die Aminosäuresequenz sowie die gesamte Struktur des
Proteins gebildet. Der Prozess läuft vereinfacht folgendermaßen ab:
Zuerst muss die Erbinformation (DNA) ausgelesen werden. Dazu werden die beiden
Stränge an den Stellen getrennt, an denen die Information für die Proteine
stehen.
Auslesung der DNA
Dann wird an einem Strang enzymatisch gesteuert RNA gebildet. Diese RNA bewegt sich nach der Loslösung zu den Ribosomen. Die DNA schließt sich nach dem Auslesen wieder zur Doppelhelix.
Die Abfolge der Basen in der RNA bestimmt die Abfolge der Aminosäuren im Protein. Jeweils 3 Basen kodieren genau eine bestimmte Aminosäure.
Synthese eines Proteins im Ribosom
In den Ribosomen lagern sich an die RNA die jeweiligen Aminosäuren mit Hilfe von spezifischen Adaptermolekülen an. Dabei reagiert jeweils eine Carboxylgruppe der einen Aminosäure mit einer Aminogruppe der anderen Aminosäure, wobei sich eine Peptidbindung unter Wasserabspaltung bildet. Die Aminosäuresequenz (Abfolge der Aminosäuren), die das körpereigene Peptid bilden ist also in der DNA gespeichert. Die Aminosäuresequenz ist für jede Pflanzen- und Tierart einzigartig. Bei nah verwandten Tierarten kann die Aminosäuresequenz auch gleich oder kaum unterschiedlich sein. Deshalb konnte Insulin von Schweinen auch Diabetikern gegeben werden um ihre Zuckerkrankheit (Diabetes) zu behandlen.
Über die Aminosäuresequenz lässt sich also etwas über die Abstammungs- und Verwandschaftsverhältnisse von Tieren (incl. dem Menschen) und Pflanzen sagen:
Je ähnlicher die Proteine, desto näher verwandt sind die Arten.
Im Ribosom finden auch die Faltung der Proteine zur Tertiär- und die Zusammenlagerung zur Quartärstruktur statt.
Erbkrankheiten
Erbkrankheiten, wie z.B. Rot-Grün-Blindheit, lassen sich demnach so erklären, dass in der Abfolge der Basenpaare in der Doppelhelix Fehler auftreten. Diese führen dann zu fehlerhaften Proteinen, die nicht richtig funktionieren. Deshalb haben Lebewesen mit Erbfehlern meist irgendein Handicap oder sind schlimmstenfalls gar nicht erst lebensfähig.