In den Proteinen der Lebewesen treten in der

In den Proteinen der Lebewesen treten in der Regel 20 verschiedene
Aminosäuren auf. Deren Reihenfolge muss in der Nucleotidsequenz der
mRNA und damit in der Nucleotidsequenz der DNA verschlüsselt (codiert)
vorliegen. Würde eine Aminosäure durch eine einzige Base bestimmt, so
ließe sich den vier Basen der Nucleinsäuren nur vier Aminosäuren zuordnen.
Erst bei der Kombination von drei Basen (Basen-Triplett) ergeben sich
genügen 4³= 64 Möglichkeiten. Dadurch ergeben sich aber für manche
Aminosäuren mehrerer Möglichkeiten, daher sagt man auch, der genetische
Code sei „degeneriert“, weil man zwar eindeutig von der Nucleotid-Sequenz
auf die Aminosäure, nicht aber umgekehrt schließen kann.
Die Translation findet an den Ribosomen statt, diese befinden sich im
Cytoplasma, frei oder am Endoplasmatischen Retikulum gebunden (raues
ER). Ribosomen sind aus Proteinen und ribosomaler RNA (rRNA) aufgebaut,
sie bestehen aus zwei Untereinheiten (große und kleine), die erst beim Start
der Proteinsynthese zu einem funktionsfähigen ganzen Ribosom
zusammentreten.
Die Proteinbiosynthese benötigt:
1.
2.
3.
4.
5.
Alle Aminosäuren, die Bausteine der Poypeptidkette sind
Ribosomen
Enzyme
mRNA als Träger der Information über die Aminosäureabfolge
transfer-RNA
Zum Start der Translation lagert sich eine mit der Aminosäure Methionin
beladene tRNA an das Startcodon der mRNA an. Auf dem Ribosom befinden
sich zwei Bindungsstellen für beladene tRNA-Moleküle, die als P- und ABindungsstellen bezeichnet werden. Die Bindung der Start-Methinonin-tRNA
erfolgt an der P-Bindungsstelle. An der noch freien A-Bindungsstelle bindet
dann eine weitere beladene tRNA. Nun erfolgt die Verknüpfung der beiden
Aminosäuren, dabei wird die tRNA der P-Bindungsstelle aminosäurefrei und
löst sich ab. Die mRNA wird nun um ein Codon verschoben und die tRNA der
A-Bindungsstelle wechselt zur P-Bindungsstelle.
Da eine mRNA stets sehr groß ist, können mehrere Ribosomen mit ihr in
Wechselwirkung treten und die Information ablesen. Sie bauen alle je ein
Molekül des gleichen Polypeptids auf Man bezeichnet die Gesamtheit aller an
einem mRNA-Molekül sitzenden Ribosomen als Polysom.
Aminosäuren, die ein tierischer Organismus benötigt, jedoch nicht selbst
herstellen kann, heißen essentielle Aminosäuren und müssen mit der
Nahrung aufgenommen werden. Für Menschen sind Valin, Methionin, Leucin,
Isoleucin, Phenylalanin, Tryptophan, Threonin und Lysin essentielle
Aminosäuren. Semi-essentielle Aminosäuren müssen nur in bestimmten
Situationen mit der Nahrung aufgenommen werden, zum Beispiel während
des Wachstums oder bei schweren Verletzungen. Die übrigen Aminosäuren
werden entweder direkt synthetisiert oder aus anderen Aminosäuren durch
Modifikation gewonnen. Pflanzen und Mikroorganismen können alle für sie
notwendigen Aminosäuren selbst synthetisieren; daher gibt es für sie keine
essentiellen Aminosäuren.
Als Punktmutation wird in der Biologie eine Genmutation bezeichnet, wenn
durch die Veränderung nur eine einzelne Nucleinbase betroffen ist. Sie ist
damit als ein Spezialfall der Genmutation und damit auch der strukturellen
Chromosomenaberration zu betrachten.
Bemerkenswert ist, dass der genetische Code im Prinzip bis auf wenige
Ausnahmen für alle Lebewesen gleich ist, alle Lebewesen sich also der
gleichen „genetischen Sprache“ bedienen. Da ein bestimmtes Codon immer
für dieselbe Aminosäure steht, ist es möglich, in der Gentechnik z.B. das Gen
für menschliches Insulin in Bakterien einzuschleusen, damit diese dann
Insulin produzieren. Dieses Prinzip wird als „Universalität des Codes“
bezeichnet. Dies erklärt sich aus der Evolution so, dass der genetische Code
schon sehr früh in der Entwicklungsgeschichte des Lebens ausgestaltet und
dann an alle sich entwickelnden Arten weitergegeben wurde.
Als Transkription wird in der Genetik die Synthese von RNA anhand einer
DNA als Vorlage bezeichnet. Die dabei entstehende RNA lässt sich
größtenteils in drei Gruppen einteilen: mRNA (zur Proteinbiosynthese) sowie
tRNA und rRNA. Die Transkription ist, wie auch die Translation, ein
wesentlicher Teilprozess der Genexpression.
Bei der Transkription wird ein Gen abgelesen und als RNA-Molekül
vervielfältigt, das heißt ein spezifischer DNA-Abschnitt dient als Vorlage zur
Synthese eines neuen RNA-Strangs. Bei diesem Vorgang werden die
Nukleinbasen der DNA (A – T – G – C) in die Nukleinbasen der RNA (A – U – G
– C) umgeschrieben. Anstelle des Thymins kommt Uracil und anstelle der
Desoxyribose kommt Ribose in der RNA vor.
Der Vorgang der Transkription verläuft bei Eukaryoten und Prokaryoten
grundsätzlich gleich. Unterschiede gibt es bei der Steuerung und bei der
anschließenden Modifikation. Weiterhin erfolgt bei Prokaryoten die
Transkription im Cytoplasma der Zelle, bei Eukaryoten im Zellkern
(Karyoplasma). Bei Eukaryoten wird außerdem die prä-mRNA während
beziehungsweise nach ihrer Synthese noch prozessiert, bevor sie aus dem
Zellkern in das Cytoplasma transportiert wird. Nach der Transkription erfolgt
im Cytoplasma am Ribosom die Translation der mRNA in ein Protein.
Die Desoxyribonukleinsäure (DNS, englisch DNA) ist ein in allen Lebewesen
und DNA-Viren vorkommendes Biomolekül und die Trägerin der
Erbinformation. Im Normalzustand ist DNA in Form einer Doppelhelix
organisiert. Chemisch gesehen handelt es sich um Nukleinsäuren, lange
Kettenmoleküle (Polymer) die aus vier verschiedenen Bausteinen, den
Nukleotiden aufgebaut ist. Jedes Nukleotid besteht aus einem Phosphat-Rest,
dem Zucker Desoxyribose und einer von vier organischen Basen Adenin,
Thymin, Guanin und Cytosin, oft abgekürzt mit A,T,G und C.
In den Zellen von Eukaryoten, zu denen auch Pflanzen, Tiere und Pilze
gehören, ist der Großteil der DNA im Zellkern als Chromosomen organisiert,
ein kleiner Teil befindet sich in den Mitochondrien („Energiekraftwerke“ der
Zelle). Pflanzen und Algen haben außerdem DNA in ihren Chloroplasten, den
Photosynthese betreibenden Organellen. Bei Bakterien und Archaeen, den
Prokaryoten, die keinen Zellkern besitzen, liegt die DNA im Cytoplasma.
Manche Viren, die sogenannten RNA-Viren, haben keine DNA sondern RNA
um die genetische Information zu speichern.
Proteine oder Eiweiße sind aus Aminosäuren aufgebaute Makromoleküle.
Proteine gehören zu den Grundbausteinen aller Zellen. Sie verleihen der Zelle
nicht nur Struktur, sondern sind die molekularen „Maschinen“, die Stoffe
transportieren, Ionen pumpen, chemische Reaktionen katalysieren und
Signalstoffe erkennen. Die Gesamtheit aller Proteine in einem Lebewesen,
einem Gewebe, einer Zelle oder einem Zellkompartiment, unter exakt
definierten Bedingungen und zu einem bestimmten Zeitpunkt, wird als
Proteom bezeichnet.
Viele Mutationen führen zu Veränderungen in DNA-Abschnitten, die keine
Konsequenzen für den Organismus nach sich ziehen. Dies ist der Fall, wenn
die mutierte Stelle im Genom nicht für genetisch relevante Information
benutzt wird (siehe Pseudogen, Nichtkodierende DNA). Auch wenn die
veränderte Stelle benutzt wird, kann es sein, dass der Informationsgehalt des
Gens sich nicht verändert hat, da eine Reihe von Aminosäuren mehrfach
codiert sind. So gibt es für die Aminosäure Leucin (Leu) 6 verschiedene
Codierungen (siehe Code-Sonne). Daher werden diese Mutationen stille oder
stumme Mutationen genannt.