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Exon

Exon

Ein Exon (von engl. expressed sequence) ist der Teil eines eukaryotischen Gens, der nach dem Splicing erhalten bleibt und im Zuge der Protein-Biosynthese in ein Protein translatiert werden kann. Dem gegenüber stehen die Introns (von engl intervening sequences) die während des Splicings herausgeschnitten und abgebaut werden. Die Gesamtheit der Exons eines Gens enthält also die genetische Information, die sich in Proteinen manifestiert - also den offenen Leserahmen (engl. open reading frame, orf). Zusätzlich sind aber die 5' und 3' untranslatierten Regionen die mit dem orf eine mRNA ausmachen in Exons zu finden. Da nicht immer nach dem gleichen festen Muster gespleißt wird (vgl. Alternatives Splicing) ist die genaue Angabe von Exons nur bedingt möglich, da je nach fertiger mRNA unterschiedliche Teile eines Gens als Exons definiert werden können. Eine genaue Voraussage von Exons mittels der Bioinformatik ist äusserst schwierig (vgl. Splice-Sites und Exon Trapping). Die regelmäßige Abfolge von Exons und Introns macht die typische Struktur der eukaryotischen Gene aus - das sogenannte Mosaikgen (engl. split gene) - für dessen Entdeckung Richard J. Roberts und Phillip A. Sharp 1993 mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet wurden. Siehe auch: Splicing; Intron; Proteinbiosynthese; Genetik

Weblinks

- [http://www.oebvhpt.at/chemie/orville/inex.html Introns und Exons]
- [http://www.gmuender.org/bt/genetik/sld039.htm Introns und Exons: Spleißen] Kategorie:Genetik ja:エクソン ko:엑손

Eukaryoten

Als Eukaryoten oder Eukaryonten (Eucaryota) werden alle Lebewesen mit Zellkern und Cytoskelett zusammengefasst. Der Begriff leitet sich aus dem Griechischen von karyon (Kern) und eu (gut) ab. Eukaryoten entwickeln sich immer aus zellkernhaltigen Ausgangszellen (Zygoten, Sporen). Alle anderen zellulären Lebewesen, die keinen echten Zellkern besitzen, Archaeen (Archaea) und Bakterien (Bacteria), darunter die Cyanobakterien (Cyanobacteria), werden als Prokaryoten bezeichnet. Die Eukaryoten werden traditionell in die Reiche der mehrzelligen Tiere, Pflanzen und Pilze sowie der einzelligen oder mehrzelligen Protisten eingeteilt. Die genaue systematische Einteilung der insgesamt etwa 60 unter die Protisten gefassten Gruppen ist umstritten. Sie bilden keine monophyletische Gruppe. Eukaryoten sind in der Regel um ein Vielfaches größer als Prokaryoten. Um ein reibungsloses Funktionieren der zellulären Abläufe über größere Entfernungen innerhalb der Zelle zu ermöglichen ist ein höherer Organisationsgrad und eine Aufteilung des Zellraums in Kompartimente (Teilabschnitte) sowie Transport zwischen diesen Kompartimenten notwendig. Aus diesem Grund sind eukaryotische Zellen mittels Zellorganellen strukturiert, welche wie die Organe eines Körpers verschiedene Funktionen ausüben. Das bekannteste Organell ist der Zellkern, mit dem Hauptanteil des genetischen Materials eines Lebewesens. Weitere Gene kommen je nach Art in den Mitochondrien und Plastiden vor. Eine weitere Besonderheit der Eukaryoten liegt in der Protein-Biosynthese: Anders als Prokaryoten sind Eukaryoten in der Lage, aus derselben DNA-Information durch alternatives Splicing unterschiedliche Proteine herzustellen. Struktur und Form wird der eukaryotischen Zelle durch das Cytoskelett verliehen. Es ist unter anderem aus Mikrotubuli, Aktinfasern und Mikrofilamenten aufgebaut. Der mechanische Zusammenhalt eukaryotischer Zellen wird durch die so genannten Adhering Junctions hergestellt. Siehe auch: Endosymbiontentheorie

Weblinks

- [http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d42/42c.htm Eukaryoten (Universität Hamburg, Fachbereich Biologie)]
- [http://tolweb.org/tree?group=Eukaryotes&contgroup=Life Eukaryoten (Tree of Life Web Project)] (auf Englisch) Kategorie:Lebewesen - systematische Übersicht ja:真核生物 th:ยูแคริโอต

Splicing

Unter Splicing versteht man einen wichtigen Schritt der Weiterverarbeitung/Prozessierung der prä-mRNA im Zellkern zur reifen mRNA bei Eukaryoten im Verlauf der Proteinbiosynthese. Die zunächst in der Transkription gebildete prä-mRNA enthält noch Introns und Exons. Durch das Splicing werden die Introns entfernt und die angrenzenden Exons miteinander zum fertigen Produkt verknüpft. Für die Entdeckung von Introns und damit auch des Splicings wurden Richard J. Roberts und Phillip A. Sharp 1993 mit dem Nobelpreis für Medizin geehrt.

Splicing im Spliceosom

Das Splicen findet in den meisten Fällen in einem großen Komplex aus RNA und Proteinen statt, dem sogenannten Spliceosom, welches die Reaktion in zwei aufeinanderfolgenden Transesterifikationen katalysiert. Die Mehrzahl der Introns wird auf diese Art und Weise entfernt. Das Splicing-Muster kann sich hier von Gewebe zu Gewebe und unter verschiedenen Umwelteinflüssen unterscheiden man spricht dann von alternativem Splicing, einer wichtigen Grundlage für eine große Diversität von Proteinen. Das Splicing findet hier cotranskriptionell statt, d.h. Introns werden bereits entfernt noch während die Polymerase das Gen abliest. Weitere wichtige Prozesse die während der Reifung einer prä-mRNA zur mRNA auftreten sind das
- capping: Modifikation des 5'Endes der RNA mit einem Guanosin-Triphosphat für eine bessere Stabilität der RNA und wichtig für die Translation am Ribosom.
- tailing: Nach Erreichen des Genendes wird die RNA an einer speziellen Sequenz geschnitten und mit einem ca 150-200 Nukleotide langen Poly-A-Schwanz versehen Schließlich wird die fertige mRNA durch die Kernporen aus dem Zellkern in das Cytosol exportiert, wo sie anschließend im Verlauf der Translation dazu genutzt wird Proteine zu synthetisieren.

Splicing und Krankheiten:

Auch bei einigen Krankheitsbildern spielt das splicing eine große Rolle. Mutationen in Introns haben keinen direkten Effekt auf die Sequenz des Proteins das durch ein Gen codiert wird. In einigen Fällen jedoch führen sie zu einem "falschen" Splicen der prä-mRNA und somit zu unfunktionellen, verkürzten oder sogar "schädlichen" Proteinen. Ein gut untersuchtes Beispiel sind z.B. einige Formen der beta-Thalassämie (spezielle Form der Blutarmut).

Autokatalytisches Splicing

Einige RNAs können Introns ohne die Hilfe eines großen Spliceosoms entfernen. Die chemische Aktivität dazu besitzen sie selbst, d.h. es handelt sich um Ribozyme die nur in einigen Fällen (Gruppe II Introns) die Hilfe von Proteinen für eine korrekte Faltung benötigen.

Splicen von tRNAs

tRNAs enthalten in einigen Fällen Introns die durch Endonucleasen und eine anschliessende Ligation entfernt werden Kategorie:Genetik

Protein-Biosynthese

Die Proteinbiosynthese, früher auch Eiweißsynthese genannt, ist die Herstellung eines Proteins oder Polypeptids in Lebewesen. Sowohl Proteine als auch Polypeptide sind Ketten aus Aminosäuren, die sich in ihrer Länge und ihrer Abfolge unterscheiden. Sie werden auf Grund der in der Desoxyribonukleinsäure (DNA) gegebenen Erbinformation an den Ribosomen lebender Zellen gebildet. Die Proteinbiosynthese gliedert sich in folgende Schritte:

Schritte der Proteinsynthese

# Transkription: Transkription ist das Umschreiben von DNA in RNA. Durch Bindung einer RNA-Polymerase an einen Promotor wird der DNA Strang entspiralisiert. Die Information der DNA wird durch die RNA-Polymerase in mRNA (vom englischen messenger-RNA, zu deutsch Boten-RNS genannt) umgeschrieben, indem ein komplementärer pre-mRNA- Strang zum genkodierenden DNA Strang synthetisiert wird. Bei Eukaryonten wird die pre-mRNA durch posttranskriptionale Modifikationen (Capping, in den meisten Fällen (Splicing), Polyadenylierung, in manchen Fällen Editing) in die mRNA prozessiert. Die reife mRNA wird durch regulierten, aktiven Transport durch den "nuclear pore complex NPC" aus dem Zellkern ins Cytoplasma transportiert. Die einzelnen Schritte der mRNA Synthese werden in Abhängigkeit voneinander reguliert. # Translation: bedeutet wörtlich Übersetzung. Übersetzt wird die DNA Information eines bestimmten DNA-Abschnittes (Gen) in eine Aminosäurekette, auch bezeichnet als Polypeptid). Dazu wird die Information auf der Boten RNA (mRNA) zunächst "zwischengespeichert". Diese mRNA verlässt den Zellkern (bei Bakterien bzw. Prokaryoten entsteht sie bereits im Cytoplasma) und wird im Cytoplasma, also außerhalb des Zellkerns, an einem Ribosom schrittweise abgelesen und in eine Folge von Aminosäuren umgesetzt. Dies geschieht durch die tRNA. tRNA-Moleküle besitzen eine Aminosäure-Anheftungsstelle, an die eine spezifische Aminosäure gebunden wird. Am anderen Ende befindet sich das sogenannte Anticodon, ein spezifisches Basentriplett, mit dem sich die tRNA an das komplementäre Triplett der mRNA bindet. Ein Ribosom besitzt drei Bindungsstellen für tRNA -die A-(Aminoacyl-tRNA-Bindungsstelle), die P-Stelle (Peptidyl-tRNA-Bindungsstelle) und die E-Stelle(Exit, Abgangsstelle). Die A-Stelle steht für das, die Aminosäure anliefernde, tRNA-Molekül zur Verfügung. An der P-Stelle wird die Aminosäure an die wachsende Proteinkette gebunden. Die dann entladene tRNA wandert weiter an die E-Stelle, verlässt hier das Ribosom und wird enzymatisch erneut mit einer Aminosäure beladen. Das Ribosom wandert so lange auf der mRNA entlang, bis das gesamte Protein entsprechend den Anweisung der mRNA hergestellt (synthetisiert) wurde- bis es an ein Stoppcodon gelangt, für das es keine passende tRNA gibt. Der verwendete genetische Code ist folgender: 4 "Buchstaben" der DNA (A,G,C,T) bilden die "Schrift" der Gene.Dieses "Morsealphabet" wurde 1961 von Heinrich Matthaei und Marshall Nirenberg gefunden. Die "Worte" sind je 3 Buchstaben lang (ein so genanntes Triplett oder Codon), also zum Beispiel GAC. Jedes dieser Tripletts wird später auf die mRNA kopiert und schließlich von Ribosomen in eine bestimmte Aminosäure (insgesamt wurden bisher 22 Aminosäuren entdeckt, die bei der Synthese von Proteinen verwendet werden) übersetzt. Hierbei muss beachtet werden, dass bei der RNA die Base Uracil komplementär zu Adenin ist und nicht wie bei der DNA, Adenin komplementär zu Thymin. Übertragen werden die Aminosäuren mit sog. Transfer-RNAs (tRNAs), die das entsprechende Anticodon tragen, somit an die mRNA gebunden sind und die korrekte Aminosäure, die sie an einer anderen spezifischen Bindestelle tragen, mit der vorhergehenden verknüpft. So wächst die Kette der Aminosäuren bis zum Stoppcodon des Transkripts, das ein Signal für das Ribosom ist, an dieser Stelle aufzuhören. Die Aminosäurekette des Proteins ist damit fertig. Das Protein selber kann nun aber noch weiter modifiziert werden.

Proteintargeting

Nicht alle Proteine sollen im Cytosol verbleiben, viele zählen zu den sektretorischen Proteinen oder zu den Membranproteinen. Alle diese Proteine, hierzu zählen auch solche, die in membranumhüllten Zellorganellen wie den Mitochondrien, dem endoplasmatischen Retikulum (ER) oder dem Golgi-Apparat vorhanden sind, enthalten eine typische N-terminale Signalsequenz, die von einem speziellen Protein, dem signal recognition particle (SRP), erkannt wird. Diese Sequenz ist 16-30 Aminosäuren lang und enthält typischerweise eine oder mehrere positiv geladene Aminosäuren, gefolgt von mehreren hydrophoben Aminosäuren. Ragt diese Sequenz weit genug aus dem Ribosom, was nach der Kopplung der ersten ca. 70 Aminosäuren der Fall ist, lagert sich das SRP an die naszierende Polypeptidkette und das Ribosom an und stoppt so die Translation. An der Oberfläche des (rauen) ER befindet sich ein SRP-Rezeptor, der das Ribosom bindet und in Position an das Translocon bringt. Das SRP wird wiederum abgespalten und kann erneut zur Markierung dienen. Die Polypeptidkette wird nun durch das Translocon in das Lumen des ER weitersynthetisiert, wobei das Enzym Signalpeptidase die Signalsequenz entfernt. Im Translocon bildet sich während dieser Phase eine Schleife, wodurch der N-Terminus der Polypeptidkette zum Cytosol weist. Dies ist wichtig für die korrekte Positionierung von membranständigigen Proteinen. Ist die Translation abgeschlossen, wird im ER-Lumen das Protein korrekt gefaltet, Disulfidbrücken bauen sich auf und weitere Modifikationen werden durchgeführt. Entscheidend für die Sekretion ist die Glykosylierung vieler membranständiger und sekretorischer Proteine. Sie findet sowohl im ER als auch im Golgi-Apparat statt und dient als Zielmarkierung für die Proteine.

Bedeutung

Die Proteinbiosynthese ist von zentraler Bedeutung für alle Zellfunktionen:
- Durch sie werden die Strukturproteine erzeugt, die der Zelle Halt geben oder sie - wie Myosin und Actin - beweglich machen. Auch Haare und Schuppen sowie Nahrungseiweiße (wie die Eiweiße in der Milch oder in Eiern) werden so hergestellt.
- Durch die regulierte Synthese von Enzymen wird der Stoffwechsel reguliert.
- Zahlreiche Proteine wirken an der Zelldifferenzierung im Verlauf der Ontogenese mit. Das strukturierte Aktivieren bzw. Deaktivieren von Genen (DNA-Abschnitten) für die Proteinbiosynthese spielt daher auch für die Entwicklung von Lebewesen eine erhebliche Rolle, siehe Genregulation.

Weblinks

- [http://www.vcell.de/genomstation/proteinbiosynthese_schema.html Schema] - Ablauf der Synthese von Proteinen
- [http://www.zum.de/Faecher/Materialien/beck/13/bs13-4.htm Schaubild] - zeigt die Synthese und Prozessierung der mRNA Kategorie:Genetik Kategorie:Stoffwechsel ko:단백질의 합성

Protein

Proteine, umgangssprachlich auch Eiweiße genannt, sind Makromoleküle, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff aufgebaut sind. Sie gehören zu den Grundbausteinen aller Zellen. Proteine bestehen aus einzelnen Bausteinen, 20 verschiedenen (proteinogenen=proteinaufbauenden) Aminosäuren, die durch Peptidbindungen zu Ketten verbunden sind. Die saure Hydrolyse (das intensive Kochen in starken Säuren) zerlegt die Ketten in ihre Aminosäuren. Die Länge dieser Aminosäureketten reicht von unter 20 bis über 1.000 Aminosäuren. Die molekulare Größe eines Proteins wird in der Regel in Kilo-Dalton (kDa) angegeben. Titin, das mit 3,7 Mio kDa größte bekannte menschliche Protein, besteht aus über 30.000 Aminosäuren und beinhaltet 320 Proteindomänen. Die Kombinationsmöglichkeiten sind hierbei gigantisch. Bei 20 verschiedenen Typen von Aminosäuren, von denen in einem kleinen Protein lediglich 100 in beliebiger Reihenfolge aneinander geknüpft werden, ergeben sich 20¹⁰⁰ bzw. 10¹³⁰ Verknüpfungsmöglichkeiten. Diese unvorstellbare Vielzahl an Verknüpfungsmöglichkeiten übersteigt sogar die Anzahl aller Atome in Verbindungen des Universums welches "nur" 6·10⁷⁹ Teilchen besitzt! Der Name Protein wurde 1838 von Jöns Jakob Berzelius von den griechischen Wörtern protos („erstes, wichtigstes“) und proteuo („ich nehme den ersten Platz ein“) abgeleitet, um dadurch die Bedeutung der Proteine für das Leben zu unterstreichen.

Bedeutung für den Organismus

Die Aufgaben der Proteine im Organismus sind vielfältig. Als Beispiele seien genannt:
- Als Strukturproteine bestimmen sie den gesamten Körperaufbau und die Beschaffenheit von Geweben, beispielsweise der Haarstruktur.
- Als Enzyme ermöglichen und beschleunigen sie chemische Reaktionen.
- Als Hormone steuern sie Vorgänge im Körper.
- In den Muskeln verändern bestimmte Proteine ihre Form und sorgen so für die Kontraktion der Muskeln und damit für Bewegung.
- Als Transportproteine übernehmen sie den Transport körperwichtiger Substanzen wie z.B. Hämoglobin, das im Blut für den Sauerstofftransport zuständig ist, oder Transferrin, das Eisen in unserem Blut transportiert.

Räumlicher Aufbau

Transferrin Für die Wirkungsweise der Proteine ist ihre räumliche Struktur besonders wichtig. Die Proteinstruktur lässt sich auf vier Betrachtungsebenen beschreiben:
- Als Primärstruktur eines Proteins wird die Abfolge der einzelnen Aminosäuren innerhalb der Polypeptidkette bezeichnet. Vereinfacht gesagt könnte man sich eine Kette vorstellen, in der jede Perle eine Aminosäure darstellt (Schreibweise: AS1 – AS2 – AS3 – AS4 – AS1 – AS1 – AS3 – usw.). Die Primästruktur stellt lediglich die Aminosäurensequenz, jedoch nicht den räumlichen Aufbau dar. Sie findet demnach nur für einfachere Zwecke Verwendung.
- Als Sekundärstruktur wird die räumliche Anordnung der Aminosäuren eines Proteins bezeichnet. Man unterscheidet dabei zwischen folgenden Strukturtypen: Alpha-Helix, Beta-Faltblatt, Beta-Turn und ungeordnete, so genannte Random-Coil-Strukturen. Diese Strukturen ergeben sich durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Peptidbindungen des Polypeptid-Rückgrates.
- Die Tertiärstruktur ist eine der Sekundärstruktur übergeordnete räumliche Anordnung der Polypeptidkette. Sie wird von den Kräften und Bindungen zwischen den Resten (d. h. den Seitenketten) der Aminosäuren bestimmt. Als Bindungskräfte, die diese dreidimensionale Struktur stabilisieren, wirken beispielsweise Disulfidbrücken, (kovalente Bindungen zwischen den Schwefelatomen zweier Cysteinreste) oder vor allem nicht-kovalente Wechselwirkungen wie die zuvor genannten Wasserstoffbrückenbindungen. Zusätzlich spielen hydrophobe, ionische und Van-der-Waals-Wechselwirkungen eine wichtige Rolle. Durch diese Kräfte und Bindungen faltet sich das Protein weiter.
- Viele Proteine müssen sich, um funktionsfähig sein zu können, zu einem Proteinkomplex zusammenlagern, der so genannten Quartärstruktur. Dies kann entweder eine Zusammenlagerung von unterschiedlichen Proteinen sein oder ein Verband aus zwei oder mehr Polypeptidketten die aus ein und derselben Polypeptidkette, dem sog. Precursor, hervorgegangen sind (vgl.: Insulin). Dabei sind die einzelnen Proteine häufig durch Wasserstoffbrücken und Salzbrücken aber auch durch kovalente Bindungen miteinander verknüpft. Die einzelnen Untereinheiten eines solchen Komplexes werden als Protomere bezeichnet. Einige Protomere können ihre Funktion auch als eigenständige Proteine besitzen, aber viele erreichen ihre Funktionalität nur im Komplex. Als Beispiel für aus mehreren Proteinen zusammengelagerte Komplexe können die Immunglobuline (Antikörper) dienen, bei denen jeweils zwei identische schwere und zwei identische leichte Proteine über insgesamt vier Disulfidbrücken zu einem funktionsfähigen Antikörper verbunden sind. Man unterscheidet zwei Hauptgruppen von Proteinen:
- die globulären Proteine, deren Tertiär- oder Quartärstruktur annähernd kugel- oder birnenförmig aussieht und die meist in Wasser oder Salzlösungen gut löslich sind (beispielsweise das Protein des Eiklars, Ov-Albumin genannt),
- die fibrillären Proteine, die eine fadenförmige oder faserige Struktur besitzen, meist unlöslich sind und zu den Stütz- und Gerüstsubstanzen gehören (beispielsweise die Keratine in den Haaren und Fingernägeln, Kollagen, Actin und Myosin für die Muskelkontraktion).

Proteinoberfläche

Muskelkontraktion Zur Bestimmung der Proteinstruktur wird hauptsächlich das Rückgrat (Backbone) des Proteins betrachtet. Zum Verständnis der Funktion ist jedoch auch die Oberfläche des Proteins von großer Bedeutung. Da die charakteristischen Seitenketten der Aminosäuren vom Rückgrat aus in den Raum ragen, kann die Oberfläche durchaus von der Struktur des Rückgrates abweichen.

Denaturierung

Sowohl durch chemische Einflüsse, wie zum Beispiel Säuren und Salze, als auch durch physikalische Einwirkungen, wie hohe oder tiefe Temperaturen oder auch Druck, können sich die Sekundär- und Tertiärstruktur und damit auch die Quartärstruktur von Proteinen ändern, ohne dass sich die Reihenfolge der Aminosäuren (Primärstruktur) ändert. Dieser Vorgang heißt Denaturierung und ist in der Regel nicht umkehrbar; der ursprüngliche dreidimensionale räumliche Aufbau kann nicht wiederhergestellt werden. Bekanntestes Beispiel dafür ist das Eiweiß im Hühnerei, das beim Kochen fest wird, weil sich der räumliche Aufbau der Proteinmoleküle geändert hat. Der ursprüngliche flüssige Zustand kann nicht mehr hergestellt werden. Das Wiederherstellen des ursprünglichen Zustandes des denaturierten Proteins heißt demnach Renaturieren. Menschen denaturieren ihre Speisen, um sie leichter verdaulich zu machen. Durch die Denaturierung ändern sich die physikalischen und physiologischen Eigenschaften der Proteine. Hohes Fieber kann daher lebensgefährlich werden: Durch eine zu hohe Temperatur werden körpereigene Proteine denaturiert und können somit ihre Aufgaben im Organismus nicht mehr erfüllen. Einige Proteine der roten Blutkörperchen denaturieren beispielsweise bereits bei 42 °C. Die bei chemischer Spaltung der Proteinketten (Proteolyse) entstehenden Teilstücke nennt man Peptone.

Eiweißmangel

Eiweiß hat eine große Anzahl von Aufgaben in unserem Körper. Ein erwachsener Mensch benötigt etwa 1 Gramm Eiweiß pro Kilogramm Körpergewicht am Tag. Es dient zum Aufbau und zum Erhalt der Körperzellen, auch zur Heilung von Wunden und Krankheiten. Ein Mangel kann schlimme Folgen haben:
- Haarausfall (Haare bestehen zu 97-100% aus Proteinen - Keratin)
- Antriebsarmut
- Im schlimmsten Fall kommt es zur Eiweißmangelkrankheit Kwashiorkor. Menschen (meist Kinder), die an Kwashiorkor leiden, erkennt man an ihren dicken Bäuchen. Der Organismus versucht durch Wasser den Eiweißmangel abzudecken, sodass sich das Wasser nach einiger Zeit im Körper ablagert(Ödem). Weitere Symptome sind:
- Muskelschwäche
- Wachstumsstörungen
- Fettleber
- Ödeme
- Andauernder Eiweißmangel führt zum Marasmus und zum Tod. Zu Eiweißmangel kommt es in den Industrieländern allerdings höchst selten und auch nur bei extremen Ernährungsformen, etwa bei streng vegan essenden Menschen, die den Mangel an Fleisch, Fisch, Ei- und Milchprodukten nicht mit genügend pflanzliche Eiweißen kompensieren. Die durchschnittliche deutsche Mischkost dagegen enthält mit 100 Gramm Eiweiß pro Tag mehr als genug Proteine. Obwohl häufig in der Werbung Eiweißpulver als essentiel notwendig für Breitensportler angepriesen werden, deckt "Unsere übliche Ernährung... auch den Eiweißbedarf von Sportlern ab", heißt es dazu in einem Bericht des Ministeriums für Ernährung und Ländlichen Raum Baden-Württembergs.
Beispiel:
der typische Ernährungsplan eines Sportlers (80kg) könnte etwa so aussehen:
- morgens: eine Schale Müsli (100g) mit Milch (50g) einer Banane (120g) enthält 14g Eiweiß
- vormittag: eine Scheibe Volkornbrot (70g) mit Käse (30g) enthält 9g Eiweiß
- mittags: Nudel (200g) mit Gemüse (200g) enthalten 28,4g Eiweiß
- nachmittags: 100g Magerquark enthält 13,5g Eiweiß
- abends: 2 Scheiben Brot (140g) mit 100g Hering enthalten 28g Eiweiß. Damit ergibt sich eine aufgenommene Eiweißmenge von insgesamt 92,9g. Umgerechnet auf die Körpermaße ergibt dies 1,2g Eiweiß/pro kg und Tag. Die benötigte tägliche Eiweißmenge wird mit 0,8 bis 1,2g Eiweiß/pro kg und Tag angegeben.

Proteinbiosynthese

Mit der Nahrung nehmen wir Proteine auf. Bei unserer Verdauung werden diese Proteine in ihre Bestandteile zerlegt - die Aminosäuren. Auf acht Aminosäuren (von 22, die insgesamt benötigt werden) ist der menschliche Organismus besonders angewiesen, denn sie sind essentiell, das bedeutet, dass der Körper sie nicht selbst herstellen kann. Mit dem Stoffwechsel werden sie in jede Zelle transportiert. Die Aminosäurensequenz ist in der Desoxyribonukleinsäure (DNA) kodiert. In den Ribosomen, der "Proteinproduktionsmaschinerie" der Zelle, wird diese Information verwendet, um aus einzelnen Aminosäuren ein Proteinmolekül zusammenzusetzen, wobei die Aminosäuren in einer ganz bestimmten, von der DNA vorgegebenen Reihenfolge verknüpft werden.

Proteinlieferanten

Sehr proteinhaltige Nahrungsmittel sind:
- Fleisch
- Fisch
- Milchprodukte
- Käse
- Nüsse
- Getreide
- Hülsenfrüchte (Soja: 36%)
- Kartoffeln (lediglich 2%, dafür sehr viele essentielle Aminosäuren!)

Siehe auch

Glykoproteine, Eiweißsynthese, Proteinabbau, Enzym, Metalloenzym, Metalloprotein, Peptid, Peptidbindung, Polypeptid, Xantoproteinreaktion, Biuretreaktion, Yeast-2-Hybrid-Systeme, Proteomik, Proteom, Hitzeschockprotein, Chaperon, Proteindomäne, Histonoctamer, Intein
- Proteinbestimmung nach Bradford

Literatur

- Hubert Rehm: Der Experimentator: Proteinbiochemie/Proteomics. 4. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2002, ISBN 3-82-741195-5

Weblinks

- http://www.body-attack.de/html.php4?textid=11 Informationen über Proteine und weitere Nahrungsergänzungen
- http://www.foerstner.org/konrad/bco/grundlagen/proteine.html Aminosäuren und Proteine
- http://www.biokurs.de/skripten/bs11-7.htm Bau von Proteinen
- http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d17/17d.htm Peptide, Polypeptide (Proteine)
- http://www.pdb.org Protein Database (Aminosäurensequenzen, 3D-Strukturen,...)
- [http://www.biochem.szote.u-szeged.hu/astrojan/protein2.htm Proteinbilder] Kategorie:Stoffgruppe Kategorie:Biomolekülgruppe Kategorie:Biophysik ! Kategorie:Zellbiologie ja:蛋白質 ko:단백질 simple:Protein th:โปรตีน zh-min-nan:Nn̄g-pe̍h-chit

Information

Information (von lateinisch: informare 'bilden, durch Unterweisung Gestalt geben') ist ein potenziell oder tatsächlich vorhandenes nutzbares oder genutztes Muster von Materie und/oder Energieformen, das für einen Betrachter innerhalb eines bestimmten Kontextes relevant ist. Wesentlich für die Information ist die Wiedererkennbarkeit sowie der Neuigkeitsgehalt. Das verwendete Muster verändert den Zustand eines Betrachters – im menschlichen Zusammenhang insbesondere dessen Wissen. Formaler ist Information die Beseitigung von Unbestimmtheit.

Charakteristika des Informationsbegriffes

Information ist heute ein sehr weitläufig verwendeter und daher auch sehr schwer abzugrenzender Begriff. Verschiedene Wissenschaften betrachten die Information als ihr Arbeitsgebiet, namentlich die Informatik, die Informationstheorie und die Informationswissenschaft, die Nachrichtentechnik, die Informationsökonomik und die Semiotik. Erst in jüngster Zeit gibt es Bestrebungen, die einzelnen Ansätze zu verbinden und zu einem allgemein gültigen Informationsbegriff zu kommen. Entsprechende Literatur findet sich derzeit meist unter dem Stichwort Philosophie (etwa im Bereich Erkenntnistheorie) in den Regalen. Von einer vereinheitlichten, allgemein akzeptierten Theorie der Information kann vorläufig noch nicht gesprochen werden. Im allgemeinen Sprachgebrauch sowie in einigen Wissenschaften (Semiotik, Informationswissenschaften) wird "Information" mit "Bedeutung" oder "übertragenem Wissen" gleichgesetzt. Eine eingeschränktere Sichtweise des Begriffes, die heute von großer praktischer Bedeutung ist (Computertechnik), stammt aus der Nachrichtentechnik. Die wegweisende Theorie dort ist diejenige von Claude Shannon. Er betrachtet die statistischen Aspekte der Zeichen in einem Code der Information repräsentiert. Die Bedeutung der Information geht bei Shannon nur implizit in den Wahrscheinlichkeiten der verwendeten Zeichen ein, die letztlich nur unter Zuhilfenahme eines Menschen bestimmt werden können, da nur der Mensch in der Lage ist die Bedeutung eines Codes bewusst zu erfassen und dabei sinnvollen von nicht sinnvollem Code unterscheiden kann. Das unmittelbare Ziel seiner Überlegungen ist die optimale Übertragung von Information in einem Nachrichtenkanal (Telefonie, Funk). Der Begriff Information und andere Begriffe aus der Informationstheorie werden oftmals im alltäglichen Sprachgebrauch und auch in den Naturwissenschaften in einer metaphorischen Weise benutzt. Eine direkte Übernahme des Begriffes Information in naturwissenschaftlichen Theorien, so wie er in den Ingenieurswissenschaften benutzt wird, ist aber i.a. nicht zulässig. Grund hierfür ist, dass die Ingenieurwissenschaften letztlich auf den Menschen ausgerichtet sind und deswegen der Mensch als Benutzer oder Erzeuger künstlicher Systeme selbst Teil der Betrachtungen sein kann, womit die verwendeten Begriffe oftmals eine zielgerichtete und auf menschliches Bewusstsein ausgerichtete, teleologische Komponente enthalten. Demgegenüber ist es Ziel der Naturwissenschaften, die Natur möglichst unabhängig vom Menschen zu beschreiben. Somit müssen bei Übernahme informationstheoretischer Begriffe diese erst in einer von teleologischem Zusätzen 'befreiten' Version neu definiert werden. So wird beispielsweise unter dem Begriff "Genetischer Code" in der Genetik eine Menge von Regeln verstanden, welche rein physikalisch-chemische Prozesse beschreibt, durch welche DNA-Strukturen in Protein-Strukturen übertragen werden, und nicht eine Vereinbarung von bewussten Wesen über die Verwendung von Symbolen zum Austausch von Botschaften, wie der Begriff "Code" in der Informationstheorie meist verstanden wird. Der Verzicht auf solche teleologischen Begriffe in den Naturwissenschaften hat dabei nicht zum Ziel "teleologische Welterklärungen" von vornherein auszuschliessen, sondern dient dazu, Fehlschlüsse zu verhindern, bei denen nur scheinbar neue Erkenntnis aus einer naturwissenschaftlichen Theorie gewonnen wird, welche aber in Wirklichkeit durch inadäquaten Gebrauch der Begriffe vorher in die Theorie hineingelegt wurde. Insbesondere ist dies ist auch eine Methode, welcher sich einige Pseudowissenschaften teilweise bedienen. So warnte beispielsweise der Wissenschaftphilosoph Wolfgang Stegmüller vor einem Wiederaufleben des Neovitalismus durch unangemessenen Gebrauch informationtheoretischer Begriffe in der Biologie. Es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass in Zukunft der naturwissenschaftliche Strukturbegriff und der Informationsbegriff aufeinander zurückgeführt werden können. So untersucht etwa die Neuroinformatik die Beziehung neuronaler Strukturen des Gehirns und dessen Fähigkeit, Information zu verarbeiten. In diesem Artikel wird versucht, die verschiedenen Ebenen Statistik, Struktur und Bedeutung zu unterscheiden und auf die Bezüge zwischen diesen Ebenen einzugehen.

Struktur und Bedeutung

Eine Sichtweise geht vom Informationsträger aus. Die Frage, welche Struktur sich innerhalb dieses Trägers feststellen lässt, wird untersucht. Ein anderer Ansatz bemüht sich zu verstehen, welche Bedeutung dem zukommt, was man dann (irgendwie) diesem Informationsträger entnommen hat. Die erste Sichtweise hat ihre Wurzeln in der Nachrichtentechnik, die zweite in der Kognitionswissenschaft, der Sprachwissenschaft oder allgemein in der Geisteswissenschaft. Eine nachrichtentechnisch erkennbare Struktur (beispielsweise Lichtimpulse, die in einer zeitlichen Reihenfolge auf einzelne Zellen in der Netzhaut treffen) muss in einem komplexen Dekodierungsprozess in eine Bedeutung übersetzt werden. Wo hier die reine Strukturinformation aufhört und beginnt, eine Bedeutungsinformation zu werden, wo also in diesem Dekodierungsprozess die Grenze zum Bewusstsein zu ziehen ist, ist eine der spannenden Fragen der Informations- und Kognitionswissenschaften. Aus diesen Betrachtungen ergeben sich vier Ebenen, unter denen der Begriff der Information heute allgemein betrachtet wird. Diese sind #Codierung #Syntax #Semantik #Pragmatik Diese Ebenen steigern sich im Hinblick auf den Bedeutungsgehalt der Information. Sie spiegeln dabei auch die oben erwähnten theoretischen Angriffspunkte wider, wobei die Codierungs-Ebene der Sichtweise der Nachrichtentechnik nahekommt, die Syntaxebene die Sichtweise der Linguistik oder die der Theorie der formalen Sprachen wiedergibt, die semantische Ebene Ansätze aus der Semiotik oder Semantik integriert, und die Pragmatik eher auf Konzepte der Kognitionswissenschaften zurückgreift. Die vier Ebenen sollen an der Zeichenfolge "ES IST WARM" erläutert werden:

Code-Ebene

Die Zeichenfolge "ES IST WARM" ist zu kurz für eine statistische Betrachtung. Bei längeren Texten wird aber klar, dass nicht alle Elemente der Zeichenfolge (Buchstaben) gleich häufig vorkommen. Gewisse Buchstaben wie zum Beispiel die Buchstaben e und t - in unserem Beispiel aber s - sind häufiger als andere. Diese Tatsache kann bei der Informationsübertragung genutzt werden um Übertragungszeit zu sparen. Als Beispiel seien die Huffman-Codes erwähnt. Sie stellen ein Verfahren dar, mit dem Information effizient übermittelt und gespeichert werden kann. Viele weitere Verfahren existieren. Auf dieser Ebene sind auch Fragen nach der Wahl von optimalen Codes für einen bestimmten Zweck interessant (Chiffrierung, ASCII-Code, Unicode, Brailleschrift, Flaggenalphabet, Genetischer Code, ...)

Syntaktische Ebene der Information

Auf der syntaktischen Ebene wird Information nur als Struktur gesehen, die es zu übermitteln gilt. Der Inhalt der Information ist hierbei im Wesentlichen uninteressant. Beispielsweise könnte das Problem darin bestehen, das Bild einer Kamera auf einen Monitor zu übertragen. Das Übertragungssystem interessiert sich dabei beispielsweise nicht dafür, ob es das Bild überhaupt wert ist, übertragen zu werden (Einbrecher macht sich am Fenster zu schaffen) oder nicht (Katze läuft am Fenstersims entlang), oder ob überhaupt etwas zu erkennen ist (auch das Bild einer komplett unscharf eingestellten Kamera wird vollständig übertragen, obwohl es da eigentlich nichts Erkennbares zu sehen gibt). Der Informationsgehalt ist dabei ein Maß für die maximale Effizienz, mit der die Information verlustfrei übertragen werden kann.

Unterscheidbarkeit und Informationsgehalt

Grundprinzip der syntaktischen Information ist die Unterscheidbarkeit: Information enthält, was unterschieden werden kann. Eine Unterscheidung setzt jedoch mindestens zwei unterschiedliche Möglichkeiten voraus. Gibt es genau zwei Möglichkeiten, so lässt sich die Unterscheidung mit einer einzigen Ja/Nein-Frage klären. Beispiel: Angenommen, auf einer Speisekarte gibt es nur zwei Gerichte, Schnitzel und Spaghetti. Wir wissen, eines der beiden Gerichte hat der Gast bestellt. Um herauszufinden, welches er bestellt hat, braucht man ihm nur eine einzige Frage zu stellen: "Haben Sie Schnitzel bestellt?" Lautet die Antwort "Ja", so hat er ein Schnitzel bestellt, lautet die Antwort "Nein", so hat er Spaghetti bestellt. Sind hingegen mehr als zwei Möglichkeiten vorhanden, so kann man dennoch mittels Ja-Nein-Fragen herausfinden, welche Alternative zutrifft. Eine einfache Möglichkeit wäre, einfach der Reihenfolge nach alle Gerichte abzufragen. Jedoch ist das eine recht ineffiziente Methode: Wenn der Gast noch keine Bestellung aufgegeben hat, braucht man sehr viele Fragen, um es herauszufinden. Effizienter ist es, wenn man beispielsweise erst fragt: "Haben Sie bereits bestellt?", um dann konkreter zu werden, "War es ein Gericht mit Fleisch?", "War es Schweinefleisch?", so dass schließlich nur noch wenige Alternativen übrig bleiben ("War es Schweineschnitzel?", "Schweinebraten?", "Schweinshaxe?"). Die Reihenfolge der Fragen spiegelt die Wertigkeit der Bits in einer derartig kodierten Nachricht wieder. Der Informationsgehalt einer Nachricht entspricht der Anzahl der Ja-Nein-Fragen, die man bei einer idealen Fragestrategie braucht, um sie zu rekonstruieren. Auch die Wahrscheinlichkeiten spielen bei einer optimalen Fragestrategie eine Rolle: Wenn man beispielsweise weiß, dass die Hälfte aller Gäste Schweineschnitzel bestellt, so ist es sicher sinnvoll, erst einmal nach Schweineschnitzel zu fragen, bevor man den Rest der Karte durchgeht. Interessant ist hierbei, dass zwar vordergründig keinerlei semantische oder pragmatische Informationen verwendet werden, diese jedoch implizit in Form der Wahrscheinlichkeit eingehen. Beispielsweise ist die Tatsache, dass 50 Prozent der Gäste Schweineschnitzel bestellen, nicht aus der Speisekarte zu erkennen; es ist eine pragmatische Information. Und dass man normalerweise nicht nach der Bestellung von "Wir wünschen Ihnen einen guten Appetit" fragt, folgt aus der semantischen Information, dass dies keine Speise ist, und es daher höchst unwahrscheinlich ist, dass jemand dies bestellt. Siehe auch: Informationstheorie

Binarisierung und die Wahrscheinlichkeit von Zeichen

Die Zeichenfolge "ES IST WARM" enthält nur Großbuchstaben. Wenn wir einmal nur davon ausgehen, dass wir nur Großbuchstaben zur Verfügung hätten (also 27 Buchstaben einschließlich Leerzeichen), so können wir an jeder der elf Stellen der obigen Nachricht eines der 27 Zeichen setzen. Jede Stelle der Nachricht hat also 27 mögliche "Zustände". Der Code, den wir hier verwenden, hat also 27 Stellen. Von großer technischer Bedeutung ist aber der Binärcode. Jeder Code wird durch eine Folge von Bits dargestellt. Ein Bit unterscheidet nur zwischen zwei möglichen Zuständen, die man durch eins und null darstellt. Damit wir 27 verschiedene Zustände darstellen können, benötigen wir mehrere Bits - in diesem Fall genau fünf. Damit kann man 2 hoch 5 = 32 Zustände unterscheiden. Ein naheliegender, möglicher Binärcode sieht wie folgt aus: A 00001 B 00010 C 00011 D 00100 E 00101 .. ..... 11100 (Leerzeichen) Unsere Nachricht hieße dann "00101 10011 11100 01001 10011 10100 11100 ... 01101". Nun ist die obige Codierung der Buchstaben in fünf Ja/Nein-Entscheidungen nicht die allein gültige. Im Rahmen der klassischen Informationstheorie wird nämlich die Informationssequenz aus statistischer Sicht betrachtet. So kann berücksichtigt werden, wie häufig ein bestimmtes Zeichen des Zeichenvorrats verwendet wird, mit anderen Worten, wie wahrscheinlich sein Auftreten ist. So ist beispielsweise der Buchstabe "E" im Deutschen häufiger als der Buchstabe "Y". Berücksichtigt man diese Auftretenswahrscheinlichkeit der Zeichen im Zeichenvorrat, so kann man die Anzahl der benötigten Ja/Nein-Entscheidungen, die zum Erkennen eines Zeichens notwendig sind, je nach Zeichen unterschiedlich groß machen. Ein solche Codierung nennt man auch Entropiekodierung. Damit benötigt man, um ein häufig auftretendes Zeichen zu codieren, weniger Bits, als für ein selten auftretendes Zeichen. Ein Zeichen hat also einen um so höheren Informationsgehalt (benötigt zur Erkennung eine höhere Anzahl an 'atomaren' Entscheidungseinheiten, an Bits), je seltener es auftritt. Siehe auch: Entropie (Informationstheorie)

Semantische Ebene der Information

Strukturierte, syntaktische Informationen werden erst verwertbar, indem sie gelesen und interpretiert werden. Das heißt, zur Strukturebene muss die Bedeutungsebene hinzukommen. Dazu muss ein bestimmtes Bezugssystem angelegt werden, um die Strukturen in eine Bedeutung überführen zu können. Dieses Bezugssystem bezeichnet man als Code. Im obigen Beispiel muss man also "wissen", was warm bedeutet. Jedoch ist die Überführung von Syntax in Semantik selten so direkt; in der Regel wird die Information über sehr viele unterschiedliche Codes immer höherer semantischer Ebene verarbeitet: Dabei wird auf den unterschiedlichen semantischen Ebenen wiederum Informationsverarbeitung auf strukturell-syntaktischer Ebene geleistet: Die Lichtimpulse, die gerade auf Ihre Netzhaut treffen, werden dort von Nervenzellen registriert (Bedeutung für die Nervenzelle), an das Gehirn weitergeleitet, in einen räumlichen Zusammenhang gebracht, als Buchstaben erkannt, zu Worten zusammengefügt. Während dieser ganzen Zeit werden Nervenimpulse (also Strukturinformationen) von einer Gehirnzelle zur nächsten 'geschossen', bis sich auf diese Weise in ihrem Bewusstsein die durch Worte nur unzureichend wiedergebbaren Begriffe für "warm", "jetzt", und "hier" zu formen beginnen, die dann im Zusammenhang eine Bedeutung haben: Sie wissen jetzt, dass es bei diesen Worten um die Feststellung geht, dass es warm (und nicht etwa kalt) ist. Zusammengefasst:
- Strukturinformation wird in einem Dekodierungsprozess in Semantik (Bedeutung) überführt.
- Dabei wird Strukturinformation stufenweise über Codes in andere Strukturinformation überführt, wobei sich auf den unterschiedlichen semantischen Stufen jeweils Bedeutung für das verarbeitende System entwickelt. Siehe auch: Kodierung, Kommunikation (Informationstheorie)

Pragmatische Ebene der Information

Diese kommt dem umgangssprachlichen Informationsbegriff am nächsten. Die Aussage, dass es warm ist (die wir nun semantisch richtig interpretiert haben; wir wissen, was diese Botschaft uns sagen will), hat echten Informationscharakter, wenn wir uns mittags um zwölf nach einer durchzechten Nacht noch halb schlaftrunken überlegen, was wir anziehen sollen, und uns die Freundin mit den Worten "es ist warm" davon abhält, in den Rollkragenpullover zu schlüpfen. Der pragmatische Informationsgehalt der - semantisch exakt gleichen - Aussage ist aber gleich null, wenn wir bereits im T-Shirt auf dem Balkon sitzen und schwitzen. Diese Information bietet uns nichts neues. Smalltalk ist eine Art des Informationsaustausches, bei dem die offensichtlich über die Sprache ausgetauschten semantischen Informationen so gut wie keine pragmatische Information darstellen - wichtig sind hier die Körpersignale, deren Semantik (Freundlichkeit, Abneigung) wir erkennen und pragmatisch (mag er/sie mich?) verwerten können. In diesem pragmatischen Sinne ist wesentliches Kriterium von Information, dass sie das Subjekt, das die Information aufnimmt, verändert, was konkret bedeutet, dass sich die Information, die potentiell dem Subjekt entnommen werden kann, verändert. Zusammengefasst:
- Information führt zu einem Gewinn an Wissen.
- Information ermöglicht die Verringerung von Ungewissheit.
- Information ist übertragbar; in Form von Daten bzw. Signalen
- Information ist ein Ereignis, das den Zustand des Empfängers bzw. Systems verändert. Siehe auch: Pragmatik

Bezüge zwischen den Ebenen

Wenn man das Phänomen Information betrachtet, sind die vier Ebenen im Zusammenhang zu betrachten. Damit Information stattfindet, sind Vereinbarungen auf allen vier Ebenen notwendig. Auch stellt die semantische Verarbeitung (beispielsweise das Zusammenfassen von Buchstaben zu Wörtern) wiederum syntaktische Information (nämlich eine Abfolge von Wort-Symbolen) her. Letztlich definiert sich auch die pragmatische Ebene nicht zuletzt dadurch, dass sie selbst neue Information syntaktischer Natur schaffen muss (sonst hätte die Information keine Wirkung entfaltet). Aufgrund des engen Zusammenspiels zwischen semantischen Dekodierungsprozess und Wirkentfaltung in der Pragmatik, die beide wiederum syntaktische Informationen als End- und Zwischenprodukte generieren, werden manchmal diese beiden Ebenen auch zur Semantopragmatik verschmolzen.

Kommunikationsmodell der Information

Das Verständnis der syntaktischen Ebene war lange Zeit gekennzeichnet durch das Sender-Empfänger-Modell: Ein Sender will eine Information dem Empfänger mitteilen. Dazu codiert er seine Information nach bestimmten Prinzipien (beispielsweise als Abfolge von Nullen und Einsen nach dem oben erwähnten Prinzip) in einen Informationsträger, der Empfänger wertet diesen Informationsträger aus, denn auch er kennt den Code, und erhält dadurch die Information (siehe auch: Kommunikation). Nicht immer ist jedoch ein menschlicher Sender vorhanden, der uns etwas mitteilen will. Ein typisches Beispiel ist die Messung: Dem physikalischen System ist es, bildlich gesprochen, völlig egal, was Menschen von ihm denken. Das Ziel der Messung ist eine Informationsübertragung vom gemessenen System zu dem, der die Messung durchführt (man misst, um etwas über das gemessene System zu erfahren). Ein Beispiel ist die Geschwindigkeitsmessung per Radarfalle: Das Auto hat keine Intention, seine Geschwindigkeit zu verraten (und der Autofahrer meist auch nicht). Dennoch gewinnt der Polizist durch die Messung Information über die Geschwindigkeit. Für die Gewinnung der Information wird ein physikalisches Gesetz genutzt, der (Dopplereffekt), das von einem Ingenieur aufgegriffen wurde um das Gerät zu konstruieren. Die Polizei setzt das Gerät ein und veranlasst somit, dass Information erzeugt wird. Die unmittelbare Erzeugung von Information hingegen wird damit an einen Apparat delegiert. Zusammengefasst:
- Damit Information für den Menschen erkennbar wird, muss Materie oder Energie eine Struktur aufweisen.
- Syntaktisch entspricht Information der Auftretenswahrscheinlichkeit eines bestimmten Symbols innerhalb eines definierten Dekodierungsschemas
- Information ist im Kommunikationsmodell eine räumliche oder zeitliche Folge physikalischer Signale, die mit bestimmten Wahrscheinlichkeiten oder Häufigkeiten auftreten.
- Der Informationsgehalt einer Nachricht ergibt sich aus der Anzahl der ja/nein-Möglichkeiten, für die in der Nachricht einer der Werte festgelegt ist. Siehe auch: Informationsübertragung (Physik)

Informationstransport, Entstehung und Vernichtung

Interessant ist es, dass Information, die an Materie als Informationsträger gebunden ist, auf bzw. durch Elektromagnetische Wellen übertragen werden kann. Diese Information kann, da masselos, dann im Prinzip mit Lichtgeschwindigkeit transportiert werden. Schließlich kann die Information wieder zurück an Materiestrukturen gebunden werden. Ein Beispiel für so einen Übertragungsprozess ist das Telefax. Dabei wird die Information eines bestimmten Schriftstückes mit Lichtgeschwindigkeit über große Entfernungen transportiert und am Ziel auf ein zweites Schriftstück mit exakt demselben Informationsinhalt übertragen. Allgemeiner: Um Informationen zu transportieren ist ein Informationsträger nötig. Kann Information ohne Verlust weitergegeben werden? Beim Kopieren von Software ist dies der Fall, weil technische Mechanismen (Redundante Codes / Prüfsummen) dafür sorgen. Information kann nicht generell weitergegeben werden, ohne dadurch weniger zu werden. Das Ausmass des Verlustes hängt von den physikalischen Randbedingungen ab. Gemäss Shannon kann bei einer Übertragung nicht mehr Information aus einem Kanal entnommen werden als auf der Senderseite hineingegeben wird. Beim Weitergeben oder Kopieren von Information wird sie aber an sich nicht verdoppelt, sondern sie liegt dann nur redundant vor. In einem thermodynamisch als geschlossen anzusehenden System wird Information letztlich vernicht, spätestens beim "Hitzetod" des Universums. In einem thermodynamisch offenen System kann Information weitergegeben werden, informationstragende Strukturen können sogar spontan entstehen. Beispiele sind eine Vielzahl von theoretisch und experimentell untersuchten dissipativen Strukturen. Besonders Spin-Syteme (Spin=Drehimpuls atomare und subatomarer Teilchen), insbesondere die sogenannten Ising-Gläser, sind sehr oft untersucht worden, nicht zuletzt wegen ihrer Relevanz für die Theorie neuronaler Netze. Viele Experimente zeigen, dass in Ising-Gläsern spontan Strukturen entstehen können, die wegen der gequantelten Natur des Spins sogar schon als in digitalisierte Form vorliegende Information interpretiert werden können, welche z.B. die Entstehungbedingungen der Struktur in codierter Form enthält.

Digitale Information

Digitale Information entsteht durch Digitalisierung beliebiger Information. Das Ergebnis sind Daten. Obwohl für die Messung von digitalen Informationsmengen, für Informationsströme und für die Informationsspeicherung das Bit und das Byte als Basiseinheiten vorliegen, wird die Informationsmenge immer noch gerne an Hand des jeweiligen Informationsträgers quantifiziert. So kann man die digitale Informationsmenge, die in einem Buch steht, leicht und anschaulich an der Seitenzahl oder an der Zahl der Wörter ablesen. Siehe auch: Dualsystem, Informationstheorie, Künstliche Intelligenz, Symbolismus

Definition der Information in verschiedenen Fachrichtungen

Zum Abschluss sollen hier die einzelnen Fach- und Forschungsrichtungen zu Wort kommen, die je ihr eigenes Verständnis der Information haben. Deutlich wird dabei der jeweilige Ansatz auf den unterschiedlichen, oben geschilderten Ebenen zwischen der reinen Syntax bis zur Pragmatik, teilweise auch mit der besonderen Betonung des Transportcharakters von Information.

Semiotik

Die Semiotik versteht unter Informationen zweckorientierte Daten, die das Wissen erweitern. In älterer Literatur sind sie oft noch als zweckorientiertes Wissen definiert.

Informationswissenschaft

Die Informationswissenschaft verwendet den Begriff der Information ähnlich zum semiotischen Ansatz. Für sie sind die Begriffe Wissen und Information von zentraler Bedeutung. Information ist dabei Wissenstransfer beziehungsweise "Wissen in Aktion". Information entsteht in diesem Sinne immer nur punktuell, wenn ein Mensch zur Problemlösung Wissen (eine bestimmte Wissenseinheit) benötigt. Diese Wissenseinheit geht als Information aus einem Wissensvorrat in einen anderen über, beispielsweise aus einer Datenbank in den Wissensvorrat eines Menschen. Wissen wird intern repräsentiert, Information wird - zum besseren Verständnis für den Informationssuchenden - präsentiert. (Wissensrepräsentation - Informationspräsentation). Siehe auch: Informationsmanagement
Informationstheorie
Die Informationstheorie betrachtet Information als das Gegenteil der Informationsentropie. Betrachtet wird vor allem der Informationsgehalt einzelner Nachrichten, der nach Claude Shannon durch die statistische Signifikanz einzelner Symbole definiert ist. Ein ähnlicher Ansatz ist der Entropie-Begriff in der Physik, der in der Thermodynamik und der statisischen Mechanik verwendet wird. In der statistische Mechanik wird er als Begriff für die Ordnung eines Systems interpretiert, was hier aber eine reine Aussage über die Struktur des Systems ist.
Information als Wirtschaftsgut
Information kann als wirtschaftliches Gut angesehen werden, da Information im Unternehmen durch Einsatz anderer Produktionsfaktoren (Menschen, Computer, Software, Kommunikation, etc.) produziert, oder von außen angekauft werden kann. Information hat somit einen Wert, der handelbar ist. Der Wert ergibt sich aus dem Nutzen der Information und den Kosten zur Produktion, Bereitstellung und Weiterleitung. Problematisch hierbei ist, dass der potenzielle Käufer den Wert der Information nicht immer im voraus kennt und sie teilweise erst nachdem er sie erworben hat, bewerten kann. Bereits der angestrebte Handel mit Information ist dabei mit dem Problem asymmetrischer Information behaftet. Weiterhin kann man Information auch als Produktionsfaktor verstehen. Information wird somit nicht nur konsumptiv genutzt, sondern kann auch produktiv verwendet werden.
Dokumentations- und Ordnungslehre
W. Gaus schreibt in seinem Werk Dokumentations- und Ordnungslehre (Gaus, W. [1995],, Berlin Heidelberg 1995) dass Information unter verschiedenen Aspekten betrachtet werden kann # Struktur = structure approach # Erkenntnis = knowledge approach # Signal = signal approach # Nachricht = message approach # verstandene Nachricht = meaning approach # Wissensvermehrung = effect approach # Vorgang = process approach
Information als Veränderung
Nach den Arbeiten des Berliner Informatikers Peter Rüdiger: "Information ist eine Veränderung konkreter Quantität und Dauer." Das ist eine Definition, die viele Aspekte der komplizierteren Begriffsbildungen einschliesst und in ihrer Einfachheit unmittelbar anwendbar ist.
Verwandte Themenkomplexe
Der Begriff der Information ist eng verknüpft mit Fragestellungen im Themenkomplex "Wissen". Dazu gehört insbesondere das Problem der Definition von Komplexität, die sich über die algorithmische Tiefe eines informationsverarbeitenden Prozesses beschreiben lässt. Weiterhin zählen hierzu Betrachtungen über den Unterschied zwischen Zufall und Ordnung sowie der Begriff der Unterscheidbarkeit und der Relevanz. In der Algorithmische Informationstheorie wurde ein Mass zum Bestimmen der Komplexität von Strukturen, z.b. im speziellen der Komplexität von Zeichenketten, entwickelt. Dies kann, unter gewissen Voraussetzungen, auch als Mass für die Information angewendet werden, das in einigen Aspekten Vorteile gegenüber dem von Shannon hat. Ebenfalls wichtig ist in diesem Zusammenhang der Begriff der Kommunikation, das diese den Informationsbegriff voraussetzt. Andersherum ist es auch so, das häufig argumentiert wird, dass Kommunizierbarkeit eine wesentliche Eigenschaft von Information sei.
Weiterführende Angaben

Siehe auch

Literatur

- Martin Werner, Otto Mildenberger 'Information und Codierung' Vieweg, ISBN 3528039515
- Herbert Klimant, Rudi Piotraschke, Dagmar Schönfeld, 'Informations- und Kodierungstheorie', Teubner, ISBN 3519230038
- Nørretranders, Tor: Spüre die Welt, Rowohlt, 1994; ISBN 3-4980-4637-3; eine verständliche Einführung in die Welt der Information, der Entropie und des Bewußtseins
- Lyre, Holger: Informationstheorie, Wilhelm Fink Verlag, München 2002; ISBN 3-7705-3446-8, Einführung in die Informationstheorie mit Ausblick auf die aktuellen Forschungen Lyres zur Quantentheorie der Information. Kenntnisse der Quantenphysik werden jedoch vorausgesetzt.
- Werner Gitt: Am Anfang war die Information, 3., übrarb. und erw. Aufl., Holzgerlingen : Hänssler, 2002, ISBN 3-7751-3702-5, Behandelt die Frage der Herkunft des Lebens aus der Sicht eines kreationistischen Informatikers.
Weblinks

- http://www.madeasy.de/1/definfo.htm - diente als Quelle für die unteren Abschnitte dieses Artikels
- http://www.idemployee.id.tue.nl/g.w.m.rauterberg/publications/INFORM89paper.pdf Kategorie:Informatik Kategorie:Theoretische Informatik Kategorie:Wissen ja:情報 ko:정보 simple:Information

MRNA

transkribiert, prozessiert und in das Cytoplasma transportiert. An den Ribosomen wird sie in der Folge translatiert und schließlich degradiert.]] Die mRNA (Boten-RNA, vom englischen messenger-RNA) ist eine direkte RNA-Kopie eines zu einem Gen gehörigen Teilabschnitts der DNA. Sie wird während des Vorgangs der Transkription durch das Enzym RNA-Polymerase hergestellt.

Transkription

Die Transkription geschieht bei Prokaryoten im Cytoplasma, bei Eukaryoten im Karyoplasma. Der Prozess ist bei Prokaryoten (Lebewesen ohne Zellkern) und Eukaryoten (Lebewesen mit Zellkern) ähnlich, allerdings kann in Prokaryoten sofort die Translation (der eigentliche Vorgang der Synthese von Proteinen) beginnen. Ribosomen setzen sich an die mRNA, noch bevor die Transkription abgeschlossen ist. Die mRNA von Eukaryoten dagegen wird dagegen meist noch vor Ende der Transkription prozessiert und dann aus dem Zellkern ausgeschleust. Prokaryoten besitzen im Gegensatz zu den Eukaryoten nur eine Art des Enzyms RNA-Polymerase, welches die Synthese von RNA übernimmt. Dagegen besitzen Eukaryoten RNA-Polymerase I für rRNA, RNA-Polymerase II für mRNA und RNA-Polymerase III für tRNA. Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer mRNA besteht darin, dass prokaryotische mRNA polycistronisch sein kann, eukaryotische mRNA dagegen immer monocistronisch ist. Das ermöglicht es Prokaryoten auf nur einem einzigen mRNA-Transkript die Informationen von mehreren (auf der DNA hintereinanderliegenden) Genen zu haben. Ein solcher gemeinsam transkribierter Bereich heißt Operon. Auf diese Weise ist es möglich, dass bei Prokaryoten noch während der mRNA-Synthese bereits die ersten Proteine fertig translatiert werden.

Eukaryotische prä-mRNA-Prozessierung

In Eukaryoten muss die mRNA, die zunächst in einer Vorstufe ("prä-mRNA" or "hnRNA" (englisch: heteronucleic RNA oder pre-mRNA)) vorliegt, erst durch Splicing (Spleißen) (siehe unten) bearbeitet werden und dann durch die Poren des Zellkerns ins Cytoplasma gelangen, um dort von den Ribosomen erkannt zu werden, die mit der Proteinsynthese beginnen. Bevor die mRNA aus dem Zellkern ins Cytoplasma gelangt, werden an ihr noch einige Modifikationen vorgenommen: Ein 'Kopf' (5'-Cap-Sequenz) wird an den Anfang gehängt, der die Anlagerung an die Ribosomen erleichtert und ein Poly-A-Schwanz angehängt, welcher den vorzeitigen Abbau der mRNA verhindern soll. Etliche Introns, die nicht für das Protein kodierende Informationen enthalten, werden entfernt und die verbleibenden Exons miteinander verbunden (Splicing). Durch alternatives Splicing können aus derselben prä-mRNA unterschiedliche reife RNA-Versionen entstehen, die in der Translation zu unterschiedlichen Proteinen führen. An dieser Stelle greifen auch diverse Regulationsprozesse der Zelle ein. Über Antisense-RNA und RNA-Interferenz kann mRNA wieder abgebaut werden und so die Translation verhindert. Weiterhin erolgt in einigen Fällen die so genannte RNA-Edition, d.h. die Nukleotide in einer mRNA werden verändert. Ein Beispiel dafür ist die mRNA des Apolipoprotein B, welche in manchen Geweben editiert wird, in anderen nicht. Durch die Edition entsteht ein füheres Stop-Codon, welches bei der Translation zu einem kürzeren Protein führt.

Translation und Degradation

Der Prozess der Translation findet an den Ribosomen statt, welche frei im Cytoplasma oder am endoplasmatischem Retikulum zu finden sind. Die mRNA wird hier anhand des genetischen Codes abgelesen und Proteine werden dem entsprechend synthetisiert. Anschließend wird die mRNA durch das Enzym RNAse in ihre Einzelteile zerlegt. Die Bruchstücke werden dann von der Zelle wieder zum Aufbau neuer RNA-Moleküle genutzt. Kategorie:Nukleinsäure Kategorie:Genetik Kategorie:Chemische Verbindung ja:MRNA

Splice-Sites

Splice-Sites stellen beim Splicing die Grenzen der Exons und Introns dar. Ihre Sequenz ist wenig konserviert, was eine Voraussage der Exons nur anhand der DNA-Sequenz fast unmöglich macht und eine große Herausforderung in der Bioinformatik darstellt. Diese Sequenzen werden durch die Splicemaschinerie (die snRNPS, siehe Spliceosom) spezifisch erkannt und herausgespleißt. In jedem Intron finden sich drei Sequenzbereiche die für die Prozessierung durch das Spliceosom wichtig sind: (1) die 5' splice site, (2) der Polypyrimidin-Trakt mit dem Branch-Point Adenosin und (3) die 3' Splice site. Ein standard Intron beginnt an der 5' splice site meist mit GU und endet an der 3' Splice site meist auf AG. Es kommen jedoch häufig Abweichungen von dieser Sequenz vor. Insbesondere bei Introns, die durch das so gennante "Minor-Spliceosom" (siehe auch Spliceosom) prozessiert werden, tritt die Sequenz 5' AT - 3' AC auf, weshalb sie auch als ATAC-Introns bezeichnet werden. Kategorie:Genetik

Mosaikgen

Ein Mosaikgen ist eine veraltete Bezeichnung für ein eukaryotisches Gen, das im Gegensatz zu prokaryotischen Genen auch nicht-kodierende Abschnitte, sogenannte Introns enthält. Kodierende Abschnitte sind Desoxyribonukleinsäure-Abschnitte, die nach der Transkription von den Ribosomen in die Aminosäure-Sequenz eines Proteins übersetzt werden. Die Introns werden nach der Transkription (abschreiben) der DNA zur RNA aus dem Primärtranskript herausgeschnitten (gespleißt). Die von Introns befreite RNA heißt messenger-RNA (mRNA), diese wird weiteren Modifikationen wie dem capping und der Polyadenylierung unterzogen. Das "Mosaik" bezieht sich in diesem Fall auf auf die Struktur des ursprünglichen Gens (Beispiel: Intron, Exon, Intron, Exon). Mosaikgene können durch alternatives Splicing zu verschiedenen Poteinen übersetzt werden. Kategorie:Genetik Kategorie:Nukleinsäure

Phillip A. Sharp

Philip Allen Sharp (
- 1944 in Falmouth, Kentucky, USA) ist ein US-amerikanischer Molekularbiologie und Genetiker. 1993 erhielt er zusammen mit Richard J. Roberts den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin "für ihre Identifizierung des diskontinuierlichen Aufbaus einiger Erbanlagen von Zellorganismen". Sharp, Philip Allen Sharp, Philip Allen Sharp, Philip Allen Sharp, Philip Allen Sharp, Philip Allen Sharp, Philip Allen

Splicing

Splicing im Spliceosom

Splicing und Krankheiten:

Autokatalytisches Splicing

Splicen von tRNAs

tRNAs enthalten in einigen Fällen Introns die durch Endonucleasen und eine anschliessende Ligation entfernt werden Kategorie:Genetik

Proteinbiosynthese

Schritte der Proteinsynthese

Proteintargeting

Bedeutung

Weblinks

Kategorie:Genetik

Kategorie:Biologie ja:Category:遺伝学 ko:분류:유전학

SeeBeyond Technology Corporation

SeeBeyond Technology Corporation (NASD:SBYN) has more than 15 years of software innovation and real-world experience in integrating systems for Global 2000 organizations and provider of business integration software that enables real time flow of information in the enterprise and among the customers, suppliers and partners. The SeeBeyond Integrated Composite Application Network Suite 5 is a Java EE compliant platform and provides application-to-application integration, business-to-business integration, business process management along with integrated human work flow, portal, extract transfer and load, business activity monitoring and composite application development capabilities. The SeeBeyond family of integration adapters (e
- Ways) provide a wide scope of connectivity to various proprietary applications and platforms. The SeeBeyond ICAN suite is widely used by healthcare clients because of its compliance with the HL7 and HIPAA standards. The company is already acquired by Sun Microsystems, a computer hardware and software manufacturer, who invented the Java platform.

External links

- [http://www.seebeyond.com| Seebeyond official site]

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Geographie

Das Gemeinde

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Der Landkreis Lindau (Bodensee) ist ein Landkreis im Südwesten des Regierungsbezirks Schwaben in Bayern. Nachbarkreise sind im Norden die baden-württembergischen Landkreise Bodenseekreis und Ravensburg, im Osten der Landkreis Oberallgäu und im Süden das Wikipedia:Taxoboxen. --> Die Anglerfische oder Fühlerfische (Antennariidae) sind eine kurios aussehender Knochenfische, die im Gegensatz zu ihren meisten Verwandten aus der der Armflosser (Lophiiformes) auch im flachen Wasser leben. Sie leben in tropischen Meeren, bei Japan, Südaustralien und Südafrika auch in gemäßigten Zonen. Armflosser Wie ihre V