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Das genetischer Code beschreibt wie mRNA wird gelesen a Protein Formen. Dieser Code ist in allen bekannten Organismen universell gültig.

Ein mRNA-Strang besteht aus einer Abfolge von Basen. Es gibt vier verschiedene Basen: Adenin (A), Guanin (G), Uracil (U) und Cytosin (C).

Drei aufeinanderfolgende Basen bilden a codon oder Drillinge. EIN Ribosom kann den Strang lesen und jedes Codon in eine Aminosäure übersetzen. Die Anzahl der verschiedenen Codons beträgt 4³, also 64, mehr als genug für die zwanzig verschiedenen Aminosäuren. Der Prozess, bei dem der Code der mRNA in einen Strang übersetzt wird Aminosäuren, ein sogenannter Polypeptid, wir nennen Übersetzung.

Das Katalysator in diesem Prozess ist es Ribosom. Im Ribosom, tRNAs werden verwendet, um einen Aminosäurestrang aus dem Code auf der mRNA herzustellen. Für die 64 verschiedenen Codons werden weniger tRNA-Moleküle benötigt. Es gibt 3 Stopcodons, für die es keine tRNA gibt. Darüber hinaus gibt es tRNAs, die in mehrere Codons passen. Dadurch werden in einer Zelle mindestens 31 und maximal 61 verschiedene tRNAs benötigt. Die tRNAs spielen eine wichtige Rolle bei der Umwandlung des genetischen Codes. Das funktioniert so: Liegt ein bestimmtes Codon in der mRNA vor, zum Beispiel ACU, gibt es ein tRNA-Molekül mit einem Anticodon an einem Ende, das genau auf das Codon in der mRNA passt. Am anderen Ende dieses tRNA-Moleküls ist eine spezifische Aminosäure angebracht. In diesem Beispiel ist es die Aminosäure Threonin. Diese Aminosäure wird nun an die Aminosäurekette angehängt und von der tRNA entkoppelt. Das Ribosom katalysiert sowohl die Verbindung von mRNA und tRNA als auch die Kopplung der Aminosäuren und die Entkopplung von Aminosäure und tRNA.

Die 64 Codons kodieren für 20 verschiedene Aminosäuren. Einige Aminosäuren werden daher mit mehr als einem Codon bezeichnet. Es gibt ein Codon, das angibt, wo das Polypeptid beginnen soll (das sogenannte Startcodon „AUG“ oder die Aminosäure Methionin). Jedes Polypeptid beginnt also mit Methionin, obwohl dieses bei den meisten Proteinen später abgeschnitten wird. Es gibt drei Codons, die Halt Mittelwert (UAA, UAG, UGA). Dies sind Stopcodons, da es keine tRNAs mit den passenden Anticodons gibt.

Die mRNA wird nur in einer Leserichtung gelesen. Diese Leserichtung wird durch die Nummerierung des Kohlenstoffs der Ribosezucker bestimmt. Das Rückgrat der mRNA wird durch einen Wechsel von ribose (ein Zucker) und Phosphat. Ein Nukleotid der mRNA besteht aus einem Phosphat, das an das fünfte Kohlenstoffatom der Ribose gebunden ist, und einer stickstoffhaltigen Base, die an die Riboseeinheit gebunden ist. RNA wird gebildet, wenn sich die Phosphatgruppe des Ribosenukleotids an das dritte Kohlenstoffatom eines anderen Ribosenukleotids anlagert. Dadurch entsteht ein Strang, der eine Richtung vom fünften Atom des ersten Nukleotids (der 5'-Seite) auf einer Seite zum dritten Atom des letzten Nukleotids (der 3'-Seite) hat. Dies ist wichtig, da es sonst in einem molekularen Code keine Richtung gibt. Ohne die 5'-3'-Richtung anzugeben, kann ein Nukleotidstrang auf zwei Arten gelesen werden, wodurch zwei Proteine ​​gebildet werden, von denen nur eines funktionieren würde.

Alle Lebewesen haben den gleichen grundlegenden genetischen Code, aber es gibt Variationen. Beispielsweise kodiert das UGA-Codon meist als Stop, in Sonderfällen aber auch als Selenocystein. Andere Variationen sind ebenfalls bekannt. Besonders bei Bakterien sind viele kleine Abweichungen vom Standardcode bekannt. In unseren eigenen Zellen ist die Mitochondrien eine eigene Variante, bei der drei Codons eine andere Funktion haben als im Rest der Zelle. Dies ist möglich, weil Mitochondrien ihre eigene DNA und Ribosomen haben.

Im Jahr 2004 war die Zahl Basenpaare der menschlichen DNA auf knapp 3 Milliarden (<3000 Mbp). Es gibt etwa 20.000-25.000 Gene.^[1]

Codon-Tabellen

Tabelle 1: Codon-Tabelle. Diese Tabelle gibt die 64 (4³) mögliche Codons mit den entsprechenden Aminosäuren.
Die Aminosäuren werden auch durch die dreibuchstabige Schreibweise und die einbuchstabige Abkürzung bezeichnet.

A=Adenin, C=Cytosin, T=Thymin, G=Guanin und U=Uracil

Die Codon-Sonne mit den verschiedenen Aminosäuren und deren chemischer Struktur

Codon-Sonne: die Codon-Tabelle in Kreisform Cirkel

RNA

RNA unterscheidet sich von DNA dadurch, dass Uracil (U) anstelle von Thymin (T) und als Zucker verwendet wird ribose statt 2-Desoxyribose. Letzteres erklärt die Namen Ribonukleinsäure und Desoxyribonukleinsäure.

In der Zelle werden einzelne Gene der DNA werden gelesen und in sogenannte Boten-RNA (mRNA). Dieser Vorgang heißt Transkription. Ein komplexer Regulationsmechanismus, der signalisiert, wann die Zelle das vom Gen kodierte Protein benötigt, entscheidet, wann ein entsprechendes mRNA-Molekül gebildet wird. Als erstes, Prä-mRNA erstellt von Spleißen wird in reine mRNA umgewandelt. Bestimmte Teile der mRNA, die Introns, weggeschnitten und vorne und hinten mit einem spezifischen Anhängsel versehen, der bei der eigentlichen Proteinbildung keine Rolle spielt: Nach der Transkription verlassen diese mRNA-Moleküle den Zellkern und wandern in andere Teile des Zelle. die Zelle (zu den Zellplasma oder zum endoplasmatisches Retikulum). Dort werden sie übersetzt (Übersetzung) in einer Reihe von verketteten Aminosäuren, a Polypeptid die - oft zusammen mit einer oder mehreren gleichartigen Ketten - zu einem dreidimensionalen Gebilde zu einem Protein gefaltet sind. Proteine ​​sind also Ketten von Aminosäuren, davon gibt es in der Natur 22 Aussehen. Jede Aminosäure in der Kette wird durch eine bestimmte Sequenz von drei Basen (a codon) auf einem RNA-Strang.

Die mRNA wird in der Zelle gelesen durch Ribosomen (große Komplexe von RNA und Proteinen) mit Transfer-RNA (tRNA) Moleküle, die helfen, Aminosäuren in der richtigen Reihenfolge zu präsentieren. Das Ribosom verknüpft diese Aminosäuren zu einem Polypeptid. Dieser Vorgang heißt Übersetzung.

Die Aminosäurekette bildet sich aufgrund unterschiedlicher Ladungen und Kräfte (ua H-Brücken, S-Brücken) in dieser Kette zu einem Protein. Oft wird ein Strang mehrmals von einer Reihe von Ribosomen gelesen, sodass in kurzer Zeit viel von einem bestimmten Protein hergestellt werden kann. Die Form eines Proteins und das aktive Zentrum bestimmen zusammen die Funktion des Proteins. Ebenfalls Enzyme sind Proteine.

Bei der Transkription bei Prokaryoten abspielen Operons eine wichtige Rolle. EIN Operon besteht aus auf der DNA lokalisierten Genen, die die gleichzeitige Ausführung einer Transkription mehrerer Enzyme für einen Zellprozess gewährleisten. Ein Beispiel ist es lac Operon zur Herstellung des Lactose-verdauenden Enzyms (ß-Galactosidase).