Was ist der genetische Code?

Der genetische Code ist eine Reihe von Anweisungen, die die Übersetzung der DNA in 20 Aminosäuren, die Grundeinheiten der Proteine in lebenden Zellen, steuern. Der genetische Code besteht aus Codons, d.h. Ketten von Nukleotiden, die aus drei Buchstaben bestehen. Jedes Codon steht für eine bestimmte Aminosäure.

Der Code bestimmt die Reihenfolge, in der die Aminosäuren bei der Proteinsynthese an eine Polypeptidkette angefügt werden. Daher diktiert der genetische Code die Reihenfolge der Aminosäuren in einem Protein.

Für die meisten Gene beinhaltet die Kodierung ein einziges Schema, das oft als genetischer Standardcode oder genetischer Code bezeichnet wird, obwohl es Codes gibt, die davon abweichen, wie der Code, der in den menschlichen Mitochondrien gefunden wird.

Entdeckung des genetischen Codes

Im Jahr 1961 stellten Francis Crick und Kollegen die Idee des Codons vor. Es waren jedoch Marshall Nirenberg und seine Mitarbeiter, die den genetischen Code entschlüsselten. Sie zeigten, dass vier Nukleotidbasen – A (Adenin), U (Uracil), G (Guanin) und C (Cytosin) ─ Codons aus verschiedenen Basenkombinationen bilden, die bei der Proteinsynthese für alle 20 Aminosäuren kodieren.

Nirenberg und der deutsche Wissenschaftler Johann Matthaei führten eine Reihe von Experimenten durch, um die Proteinsynthese mit Hilfe synthetischer RNA zu erforschen. Sie fügten RNA-Stränge, die nur eine der vier Basen (A, G, U oder C) enthielten, zu einem „zellfreien System“ hinzu und fügten dann radioaktiv markierte Aminosäuren hinzu.

Wenn RNA, die nur aus der Base U bestand, hinzugefügt wurde, zeigten radioaktive Messungen die Synthese von Molekülen, die nur aus einer einzigen Aminosäure bestanden, nämlich Phenylalanin. Dies zeigt, dass das Triplett aus den Basen UUU dazu führt, dass die Polypeptidkette im Laufe ihres Wachstums um Phenylalanin erweitert wird. Auf diese Weise entschlüsselten die Forscher bis 1963 35 Codons und bis 1966 mehr als 60.

Der Forscher Har Gobind Khorana von der Universität Wisconsin baute auf Nirenbergs Arbeit auf, indem er synthetische RNA-Moleküle mit spezifischen Nukleotidkombinationen herstellte. 1965 klärte Robert Holley von der Cornell University die Struktur der Transfer-RNA (tRNA) auf, des Moleküls, das an der Übersetzung der RNA beteiligt ist, so dass ein Protein hergestellt werden kann.

Marshall W. Nirenberg, Har Gobind Khorana und Robert W. Holley erhielten 1968 gemeinsam den Nobelpreis für Medizin „für ihre Interpretation des genetischen Codes und seiner Funktion bei der Proteinsynthese“

Codons und Aminosäuren

Jedes Codon im genetischen Code besteht aus drei Basen, die in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind, wobei jede Kombination einer bestimmten Aminosäure entspricht. Da die RNA aus vier Basen besteht, gibt es im genetischen Code 64 mögliche Kombinationen von Nukleotidtripletts. Während jedes Codon nur für eine Aminosäure kodieren kann, können mehrere Codons für dieselbe Aminosäure kodieren.

Diese Kodierung für eine Aminosäure durch mehr als ein Codon wird als Redundanz des genetischen Codes bezeichnet. So wird beispielsweise die Aminosäure Lysin sowohl durch das AAG- als auch durch das AAA-Triplett kodiert. Wichtig ist, dass es im genetischen Code keine Überschneidungen gibt, d.h. ein Nukleotid kann nur Teil eines Codons sein, nicht von zwei Codons, die nebeneinander liegen.

START- und STOP-Codons

Die Übersetzung beginnt mit einem START-Codon. AUG ist das häufigste Startcodon, das in Eukaryonten für Methionin und in Prokaryonten für Formylmethionin kodiert.

STOP-Codons signalisieren das Ende der Polypeptidkette während der Proteinsynthese. Die STOP-Codons werden auch als Nonsense- oder Terminationscodons bezeichnet und lauten UAG, UGA und UAA und tragen die Namen Amber, Opal bzw. Ocker. STOP-Codons veranlassen das Ribosom, die neue Polypeptidkette freizusetzen, da keine tRNA-Anticodons diese Stop-Codons ergänzen.

1. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/organic/gencode.html
2. http://www.nature.com/scitable/definition/genetic-code-13
3. http://www.nature.com/scitable/topicpage/reading-the-genetic-code-1042
4. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21950/
5. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3293468/

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Geschrieben von

Susha Cheriyedath

Susha hat einen Bachelor of Science (B.Sc.) in Chemie und einen Master of Science (M.Sc.) in Biochemie von der Universität von Calicut, Indien. Sie hatte schon immer ein großes Interesse an Medizin und Gesundheitswissenschaften. Im Rahmen ihres Masterstudiums spezialisierte sie sich auf Biochemie, mit Schwerpunkt auf Mikrobiologie, Physiologie, Biotechnologie und Ernährung. In ihrer Freizeit liebt sie es, in der Küche mit ihren supertollen Backexperimenten einen Sturm zu entfachen.

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