vet-sk _Beispielskriptum Biologie_ - t-med

Der genetische Code
Anmerkung: Die klassische Definition (von Mendel) bezeichnet ein Gen als Erbfaktor, welcher zur Ausbildung eines
bestimmten Merkmals notwendig ist.
1.) Als „Gen“ bezeichnet man einen Abschnitt auf der DNA, der für die Ausbildung eines Erbmerkmals
verantwortlich ist. Dieses setzt sich zusammen aus einer definierten Abfolge von Nukleinbasen, die
ausschließlich in Dreiergruppen, sog. „Codogenen“, vorkommen und je eine bestimmte Aminosäure
darstellen. Die Dreiergruppen bezeichnet man auch als „Basentripletts“.
Beispiel: Das Codogen AAT speichert die Information für die Aminosäure Leucin.
2.) Als „Transkription“ bezeichnet man jenen Vorgang, durch den die auf der DNA gespeicherte
Information auf eine sog. „Messenger RNA“ (mRNA) übertragen wird.
Das funktioniert ungefähr so: Die DNA im Zellkern wird aufgespaltet, und durch Anlagerung an einen
Strang entsteht, vergleichbar mit der Replikation, ein Strang von mRNA. Diese mRNA kopiert nicht die
gesamte DNA, sondern nur jenen Teil, welcher zur Ausbildung eines Proteins notwendig ist.
Anschließend transportiert die mRNA ihre Information aus dem Zellkern heraus in ein Ribosom, wo das
Protein schließlich erzeugt wird.
Die zur DNA komplementären Dreiergruppen auf der mRNA werden als „Codons“ bezeichnet.
Beispiel: Das Codogen AAT führt zum Codon UUA.
Die meisten Aminosäuren haben mehrere Codons, die sie verschlüsseln können. Die Zuordnung in die
andere Richtung ist hingegen eindeutig, jeder Codon hat nur eine einzige Aminosäure, welche er codiert.
Beispiel: Isoleucin codiert entweder mit AUU, AUC oder AUA;
jeder dieser Codes produziert
ausschließlich Isoleucin und
keine andere Aminosäure.
Das Codon für Methionin AUG
ist gleichzeitig das sog. „Startcodon“ - es befindet sich am
Beginn der mRNA. Drei andere
Codons, die sog. „StoppCodons“ (UAG, UAA und UGA)
befinden sich am Kettenende.
Der gesamte genetische Code
kann in der sog. „Code-Sonne“
(siehe rechts) dargestellt werden.
Man liest sie von innen nach
außen. Er ist universell - das
heißt, er gilt (bis auf ganz wenige
Ausnahmen) für alle Organismen.
Startcodon
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Stoppcodons
© Georg Schweizer
3.) Die Ausgangssituation für die Proteinbiosynthese:
Im Cytoplasma befinden sich:
− Die mRNA, welche den komplementären
Code gespeichert hat.
− Alle 20 Aminosäuren, welche vom Körper
synthetisiert („nicht essentielle Aminosäuren“)
oder durch die Nahrung aufgenommen wurden
(„essentielle Aminosäuren“).
− Die Ribosomen, in denen die Synthese der
Proteine stattfindet.
− jede Menge Enzyme ...
− So genannte tRNA Moleküle (Bild rechts):
Als „Transfer-RNA“ bezeichnet man kleine
RNA-Stücke, welche spezifisch eine Aminosäure binden können und diese anschließend
zum Ribosom transportieren.
Es gibt verschiedenste Arten von tRNA. Allen gemeinsam ist eine komplexe räumliche Struktur, die
(sehr vereinfacht) als „Kleeblatt“ dargestellt werden kann:
→ die räumliche Struktur des gesamten oberen Teils „erkennt“ eine spezifische Aminosäure und
bindet sie an die OH-Gruppe.
→ der untere Teil, das „Anticodon“ bindet sich im Ribosom an die mRNA.
Ein „Anticodon“ ist eine Nukleotidsequenz auf der tRNA, welcher direkt an einer bestimmten Stelle auf
der mRNA binden kann, weil er zu dieser komplementär ist.
Beispiel: An das Codon UAA bindet an das Anticodon AUU.
4.) Als „Translation“ bezeichnet man den Vorgang, bei der die Information der mRNA zur Bildung der
Aminosäuresequenz eines Proteins übertragen wird.
Die einzelnen Sequenzen sind im Bild unten dargestellt: Zunächst binden sich (wie oben beschrieben) im
Cytoplasma die tRNA und die entsprechende Aminosäure. Dieses System wandert zu einem Ribosom,
welches aus zwei Untereinheiten (die erst bei der Proteinbiosynthese zusammen kommen) besteht. Im
Ribosom befindet sich bereits die mRNA, welche mit ihrem Startcodon dort „eingefädelt“ und bereits
einige Aminosäuren zu einem Polypeptid gebunden hat.
Immer zwei Basentripletts können in einem Ribosom nebeneinander liegen, und genau zwischen ihnen
wird eine sog. „Peptidbindung“ geknüpft (auch dieser Vorgang ist ausführlich im Chemie-Skriptum
erörtert). Anschließend trennt sich die Aminosäure von der tRNA und die tRNA von der mRNA und
dem Ribosom.
Der Vorgang läuft so lange weiter, bis er durch ein „Stopp-Codon“ unterbrochen wird. Die einzelnen für
bestimmte Vorgänge wirkenden Enzyme sind in dieser Darstellung nicht berücksichtigt.
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zweiteiliges
Ribosom
Anticodon
freie Aminosäuren
neues
Protein
A
U U
C
U C
Peptidbindung
U G C U A A G A
A
G A G
U
UC
UG A C
A
C U
Codon
mRNA
freie
tRNA
Vereinfachtes Schema der Proteinbiosynthese
Weitere Informationen:
− Sobald die Proteinketten aus dem Ribosom herausragen, übernehmen sog. „Chaperone“ (das sind
„Begleit“-proteine) das Kommando und „biegen“ die Ketten in exakt die richtige räumliche Struktur.
Nur damit können diese überhaupt ihre Wirksamkeit (z.B. als Enzym, Hormon oder Antikörper)
entfalten.
− Da die mRNA sehr lang ist, können an ihr gleichzeitig mehrere Ribosomen Proteine synthetisieren.
Einen solchen Verband nennt man „Polysom“.
Zusammenfassung:
Nucleinsäure
DNA
mRNA
tRNA
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Basentriplett
Codogen
Codon
Anticodon
Bemerkungen
Speicherung der Gene
Transport der Information zu den Ribosomen
„Werkzeug“, welches in der “Werkstatt” Ribosom
die Proteine zusammenbastelt.
Weiteres Beispiel
TAG
AUC
UAG
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