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Proteinsynthese, ein Beispiel

Abitur NRW

Die Entstehung eines roten Blütenfarbstoffs in einer Genwirkkette aus sechs Enzymen wird in folgender Abituraufgabe thematisiert:

Lernziele

Wenn Sie diese Seite durchgearbeitet haben, sollten Sie

  • ein konkretes Beispiel für eine Genwirkkette kennen und erläutern können,
  • an diesem Beispiel den Weg vom Genotyp zum Phänotyp erläutern können.
Genwirkkette für die Bildung eines roten Blütenfarbstoffes

Genwirkkette für die Bildung eines roten Blütenfarbstoffes

Das Bild zeigt eine Genwirkkette, die für die Bildung eines roten Blütenfarbstoffes zuständig ist. Links im Bild sehen wir den Zellkern der Pflanzenzelle, dabei habe ich ein Stück DNA mit drei Genen 1, 2 und 3 hervorgehoben.

Jedes Gen ist für genau ein Enzym verantwortlich (Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese), die Enzyme habe ich der Einfachheit wegen mit E1 bis E3 bezeichnet; die richtigen Namen kann sich ja eh' keiner merken.

Das erste Enzym stellt aus einem Ausgangsstoff ein Zwischenprodukt her (grau), das zweite Enzyme wandelt das Zwischenprodukt in einen gelben Farbstoff um, und das dritte Enzym stellt aus dem gelben Farbstoff das Endprodukt her, nämlich den roten Blütenfarbstoff. Nach der Synthese des roten Blütenfarbstoffs wird dieser durch bestimmte Transportmechanismen in die große Vakuole (rechts) der Pflanzenzelle verfrachtet.

Der Begriff "Genwirkkette" sollte jetzt eigentlich klar sein: Die drei Enzyme E1 bis E3 wirken zusammen; ein Enzym allein könnte den roten Blütenfarbstoff aus dem Ausgangsstoff nicht herstellen. Interessant an der ganzen Sache ist dies: Oft ist es so, dass die Gene für die zusammenarbeitenden Enzyme hintereinander auf dem gleichen Chromosom liegen. Bei Prokaryoten ist das sogar die Regel, bei Eukaryoten eher nicht.

Picken wir uns nun eines der drei Gene heraus, nämlich das Gen 3, und schauen wir uns die einzelnen Schritte der Proteinsynthese näher an:

Vom Gen zum Phänotyp am Beispiel der roten Blütenfarbe

Vom Gen zum Phänotyp am Beispiel der roten Blütenfarbe

Die RNA-Polymerase fertigt eine Kopie von Gen 3 an, die so entstandene mRNA wandert in das Cytoplasma (das sieht man leider nicht in der Zeichnung; man kann ja nicht immer alles berücksichtigen…). Dort synthetisieren die Ribosomen aus den einzelnen Aminosäuren das Enzym 3, mit Hilfe der Informationen, die sich auf der mRNA befinden. Dieses Enzym 3 stellt aus dem gelben Farbstoff den roten Blütenfarbstoff her, was dann schließlich zum Merkmal "Blütenfarbe rot" führt.