Vom Gen zum Merkmal
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Vom Gen zum Merkmal O H 3C N N Thymin H O O N N H O H Uracil Statt Thymin enthält RNA Uracil transkribere (lat.) = übertragen translatio (lat.) = Übertragung Viele Pflanzen haben intensiv farbige Blüten. Die Information für diese Blütenfarbe befindet sich in der DNA. Zur Realisierung der Informationen laufen in den Zellen zwei Vorgänge ab: –– die Transkription –– die Translation Transkription Wenn ein Gen realisiert wird, wird es in einem ersten Schritt auf einen Überträgerstoff umgeschrieben: Diesen Vorgang nennt man Transkription. Dabei wird die m-RNA (messenger ribonucleic acid) gebildet. Sie ist der Bote, mit dem die genetische Information beweglich wird und im weiteren Verlauf den Zellkern verlassen kann. Die m-RNA gelangt dann in das Cytoplasma, wo die Proteine hergestellt werden. –– Da sie nur die Information eines Gens trägt, ist sie viel kürzer als die DNA. –– Anstelle der Base Thymin findet man die ähnlich gebaute Base Uracil in der m-RNA. Uracil ist auch zur Base Adenin komplementär (siehe Randspalte). –– Im Grundgerüst der m-RNA findet sich der Zucker Ribose (statt der Desoxyribose der DNA). Die DNA im Zellkern beinhaltet die genetische Information. Nicht zu jedem Zeitpunkt werden aber alle Proteine in einer Zelle benötigt. Wenn etwa eine Pflanze nicht blüht, werden die Blütenfarbstoffe auch nicht hergestellt. Stattdessen muss die Zelle jede Proteinsorte punktgenau liefern können. Daher wird jedes Gen nur zu bestimmten Zeiten abgelesen. Ablauf der Transkription Replikation und Transkription der DNA verlaufen ähnlich: Die DNA wird an einer Stelle entwunden und in ihre Einzelsträge aufgetrennt. Die komplementären Basen lagern sich an und werden vom Enzym RNA-Polymerase zu einem Strang verknüpft. Vor jedem Gen liegt dabei eine bestimmte Abfolge von Basen (Startsequenz), die von der Polymerase erkannt wird. Bei einer bestimmten Stoppsequenz wird die Transskription abgebrochen. A1 Formuliere die m-RNA, die aus folgender DNA Unterschiede zwischen m-RNA und DNA Die RNA unterschiedet sich in einigen Punkten von der DNA: –– Sie besteht nur aus einem Einzelstrang (und nicht aus einem Doppelstrang). Das Prinzip der Translation Die m-RNA beinhaltet die Information eines Gens. Sie verlässt den Zellkern durch die Poren in seiner Hülle und gelangt nun ins Cytoplasma. Hier werden DNA Speicher der Information transkribiert wird. Folgende Basenkombination bildet dabei die Startsequenz für die Polymerase: ACTCC ( Leserichtung des Enzyms) A A C T C C G A T C T T A T GG C T T GG A A G A GG T A Verwende dazu Abb. 131.3. A2 Wenn ständig die Information aller Gene in Proteine umgesetzt würde, wäre dies lebensbedrohlich. Erläutere die Aussage. Bedenke dabei auch, dass Proteine aus Baustoffen in der Nahrung hergestellt werden. A3 Die m-RNA ist kurzlebig und zerfällt nach einer Weile. Erläutere die biologische Bedeutung. Zellkern entsprechend ihrer Information Aminosäuren angelagert, die zu einem Protein verbunden werden. Dieser Vorgang heißt Translation und findet an bestimmten Organellen in der Zelle statt, den Ribosomen. Der Ablauf der Translation Die Ribosomen setzen sich an die m-RNA und laufen über sie wie der Reiter eines Reißverschlusses. Dabei besitzt ein Ribosom drei verschiedene Bindungsstellen. Genetischer Code Da natürlicherweise 20 verschiedene Aminosäuren zum Aufbau der Proteine verwendet werden, müssen diese eindeutig und unterscheidbar voneinander auf der m-RNA und letztlich auch auf der DNA verschlüsselt sein. Man hat herausgefunden, dass jeweils eine Abfolge von 3 Basen – ein so genanntes Codon oder Triplett – eine bestimmte Aminosäure verschlüsselt. Die Verschlüsselung für jede Aminosäure kann der Codesonne (s. Seite 131) entnommen werden. An der Anbindungsstelle wird der Kontakt zwischen der m-RNA und dem jeweils komplementären Anticodon einer bestimmten t-RNA-Sorte hergestellt. Rückt nun das Ribosom um ein Triplett weiter, so gelangt die zuerst angebundene t-RNA in die mittlere Position. Die Anbindungsstelle wird frei und kann nun eine neue t-RNA mit ihrer Aminosäure aufnehmen. Das Ribosom verknüpft nun die beiden Aminosäuren und rutscht danach ein Triplett auf der m-RNA weiter. Die t-RNA aus der mittleren Position ist nun unbeladen und gelangt in die Auslassposition. Sie verlässt das Ribosom. Die andere t-RNA ist nun in die mittlere Position gelangt. Daher ist die Anbindungsstelle frei und nimmt eine neue t-RNA samt Aminosäure auf. So verlängert sich nach und nach die Aminosäurekette, bis auf der m-RNA ein Stopp-Codon auftaucht. Dann wird der Vorgang am Ribosom abgebrochen. Die t-RNA (Transfer-RNA) Im Cytoplasma befinden sich viele kleine RNA-Moleküle, die in der Lage sind, Aminosäuren zu transportieren. Sie werden t-RNA genannt. Sie besitzen ferner einen Basenabschnitt aus drei Basen, der zu einem Triplett auf der m-RNA komplementär ist: das Anticodon. Im Cytoplasma finden sich verschiedene t-RNAs, die sich durch unterschiedliche Anticodons unterscheiden. Es gilt allerdings, dass t-RNAs mit jeweils demselben Anticodon immer dieselbe Aminosäure transportieren. Somit ist sichergestellt, dass alle Aminosäuren fehlerfrei entsprechend der Information auf der m-RNA verbaut werden. Genprodukt Die nun fertiggestellte Aminosäurekette nimmt ihre räumliche Gestalt ein. Das Protein ist jetzt funktionsfähig. Es führt entweder direkt zum Merkmal oder wirkt als Enzym an der Herstellung anderer Stoffwechselprodukte mit. Dies trifft auf die Herstellung des Blütenfarbstoffs zu. Translation Eine t-RNA nach der anderen bringt ihre Aminosäure zum Ribosom, wo die Aminosäurekette zum fertigen Protein vervollständigt wird. Cytoplasma Aminosäure t-RNA verknüpft sich mit einer Aminosäure Intensiv gefärbte Blüten: a Hibiskus, bMohn fertiges Protein (z.B. Enzym) bewirkt die Merkmalsausprägung t-RNA Transkription von einem Abschnitt der DNA wird eine Kopie hergestellt, die m-RNA. 132 Genetik m-RNA Anticodon m-RNA verläßt den Zellkern und bindet an ein Ribosom. Ribosom Codon 133
