Universeller DNA-Code, in dem die „Bauanleitung“ für Proteine festgelegt ist
Damit eine Zelle funktionieren kann, muss die Information, die in der DNA gespeichert ist, in Proteine übersetzt werden. Dieser Prozess gliedert sich in zwei Schritte: Bei der Transkription wird die Erbinformation der doppelsträngigen DNA auf ein einzelsträngiges Botenmolekül, die mRNA (messenger RNA), übertragen. Bei der Translation wird die Information der mRNA in die Aminosäuresequenz der Proteine übersetzt.
Proteine bestehen aus 20 verschiedenen Aminosäuren. Die Abfolge der Aminosäuren in einem Protein ist durch den genetische Code festgelegt. Immer drei der vier RNA-Basen Adenin, Uracil (in der DNA steht dafür Thymin), Guanin und Cytosin bilden ein sogenanntes Codon. Aus den vier verschiedenen Basen lassen sich insgesamt 64 (4x4x4) solcher Tripletts bilden, weshalb für die meisten der 20 Aminosäuren mehrere Codons existieren. (Wären nur zwei Basen an der Kodierung einer Aminosäure beteiligt, könnten nur 16 (4x4) Aminosäuren codiert werden). Es existieren ein Start- und drei Stopcodons. Den Einbau der Aminosäure Valin bewirken beispielsweise die synonymen Codons GUU, GUA, GUC, GUG.
Der genetische Code ist universell: Bis auf wenige Ausnahmen (Mitochondrien von Hefen z.B.) codieren alle Codons für die gleichen Aminosäuren und zwar in allen Organismen, vom Bakterium bis zum Menschen. Die Tatsache, dass alle Lebewesen die gleiche „genetische Sprache“ sprechen, ist ein eindeutiger Beweis für die gemeinsame Abstammung aller Arten – und ermöglicht Gentechnik - etwa die Herstellung menschlicher Proteine wie Insulin in Bakterien.
Siehe auch
DNA RNA Protein Aminosäuren Translation Transkription Basen Mitochondrien
Inhalt
- Genetischer Code – Biologie
- Wo findet man den genetischen Code?
- Was ist der genetische Code?
- Genetischer Code – Eigenschaften und Merkmale
- Wieso bezeichnet man den genetischen Code als degeneriert?
- Ist der genetische Code universell?
- Genetischer Code - Zusammenfassung
Genetischer Code – Biologie
Weißt du, was alle Lebewesen – von Einzellern bis hin zu komplexen Organismen – gemeinsam haben? Den genetischen Code. Dieser gibt, einfach erklärt, vor, wie in den Zellen eines Organismus die Erbinformation in ein fertiges Protein übersetzt wird. Damit wollen wir uns im folgenden Text genauer beschäftigen.
Wo findet man den genetischen Code?
Zunächst wollen wir uns die Prozesse der Transkription und Translation in Erinnerung rufen: Bei der Transkription wird im Zellkern eine Kopie der DNA erstellt. Diese Kopie, die man als mRNA bezeichnet, ist der DNA komplementär. Aufgrund der festgelegten Basenpaarungen bei der Transkription enthält die mRNA eine analoge Basensequenz zur DNA. Anschließend wird die mRNA zu den Ribosomen der Zelle transportiert. Dort findet die Translation statt: Durch Ablesen der mRNA‑Basensequenz werden einzelne Aminosäuren zur Polypeptidkette eines Proteins zusammengesetzt. Die Übersetzung der Basensequenz in Aminosäuren passiert natürlich nicht willkürlich: Hier kommt der genetische Code ins Spiel.
Was ist der genetische Code?
Vielleicht kannst du dir jetzt schon denken, welche Funktion der genetische Code erfüllt. Schauen wir uns hierzu eine kurze Definition an.
Genetischer Code – Definition:
Der genetische Code gibt vor, anhand
welcher Regeln die Basensequenz der mRNA in eine Aminosäuresequenz übersetzt wird.
Dabei wird einem Basentriplett, also drei aufeinanderfolgenden Basen, jeweils eine bestimmte Aminosäure zugeordnet. Ein solches Triplett bezeichnet man auch als Codon. Insgesamt ergibt sich so ein Leseraster, das in Dreierschritten übersetzt wird. Dabei gilt, dass sich diese Dreierschritte nicht überlappen. Eine Base gehört also immer zu einem bestimmten Triplett. Doch wo beginnt dieses Leseraster und wo hört es auf? Dafür gibt es ein Start‑Codon und drei verschiedene Stopp‑Codons. Diese Codons geben die Start- und Endpunkte der Translation an.
Genetischer Code – Eigenschaften und Merkmale
Den genetischen Code kann man mithilfe der sogenannten Code‑Sonne abbilden. Diese stellt, von innen nach außen abgelesen, alle möglichen Dreierkombinationen von Basen dar. Außerdem zeigt sie im äußeren Ring an, welche Aminosäure sich aus dem entsprechenden Basentriplett ergibt.
Man kann außerdem erkennen, dass das Start‑Codon eine Aminosäure codiert, die Stopp‑Codons hingegen nicht. Sie dienen lediglich dem Abbruch der Translation. Aus der Code‑Sonne ergibt sich noch eine weitere Eigenschaft, die wir uns nun ansehen wollen.
Wieso bezeichnet man den genetischen Code als degeneriert?
Da es insgesamt vier Basen gibt, gibt es insgesamt $4^{3}=64$ verschiedene Dreierkombinationsmöglichkeiten und somit 64 mögliche Codons. Davon codieren 61 Codons Aminosäuren, die restlichen drei dienen ausschließlich als Stopp‑Codons. Da es lediglich 20 verschiedene Aminosäuren gibt, codieren für fast alle Aminosäuren mehrere Tripletts. Das kannst du auch daran erkennen, dass in manchen Fällen (zum Beispiel für Leucin (LEU) oder Prolin (PRO)) die letzte, also äußerste, Base keinen Einfluss mehr auf die Codierung hat.
Einen Code bezeichnet man dann als degeneriert (redundant, mehrfach vorhanden), wenn eine bestimmte Einheit durch mehrere Ausdrücke codiert wird. Das ist hier also der Fall, da eine bestimmte Aminosäure nicht nur durch ein einziges Triplett codiert wird, sondern immer durch mehrere Tripletts. Man kann von einem Triplett auf die Aminosäure schließen, aber nicht umgekehrt.
Ist der genetische Code universell?
Das Grundprinzip des genetischen Codes ist für alle Lebewesen gleich. Auch die Codierung an sich, also welches Codon für welche Aminosäure steht, ist bis auf wenige Ausnahmen immer dieselbe. Unterschiede gibt es zum Beispiel bei Mitochondrien, die eine eigene DNA besitzen. Hier gibt es mehrere Abwandlungen des Codes. Auch Wimpertierchen und einige Bakterien zeigen kleine Abweichungen im genetischen Code. Da die Ausnahmen sehr selten sind, gilt der genetische Code insgesamt als universell.
Genetischer Code - Zusammenfassung
Was versteht man unter einem genetischen Code? Wo findet er Anwendung? Diese und noch mehr Fragen werden in diesem Video geklärt. Auch zum Thema genetischer Code findest du interaktive Aufgaben und ein Arbeitsblatt, sodass du dein neu gewonnenes Wissen direkt testen kannst.