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Genetischer Code


Dieser Artikel von Wikipedia ist u.U. veraltet. Die neue Version gibt es hier.
Der genetische Code ist eine Anleitung nach der Dreiergruppen Tripletts oder Codons - aufeinanderfolgender Nukleotide (oder Nukleobasen ) während der Protein-Biosynthese in Aminosäuren übersetzt werden.

Als Voraussetzung dieses Prozesses werden die der DNA eines Gens zunächst in ein mRNA -Molekül umgeschrieben ( Transkription ); danach können bestimmte Teile dieser mRNA entfernt werden ( Spleißen ). Schließlich während der Translation werden die Aminosäuren der zu den passenden tRNAs miteinander zu einer Polypeptidkette verknüpft. Einige Codons stehen nicht für Aminosäure sondern werden als STOPP-Zeichen behandelt welches Translation beendet ( Stopp-Codons ).

So gut wie alle Lebewesen benutzen den selben genetischen Code. Die Version ist in den folgenden Tabellen angegeben. Sie zeigen welche Aminosäuren von 4³=64 möglichen Codons kodiert werden (Tabelle 1) und welche Codons der 20 in der Translation verwendeten Aminosäuren (Tabelle 2). So steht zum Beispiel GAU für die Aminosäure Asp (Asparagin) und (Cystein) wird von den Codons UGU und kodiert. Die in der Tabelle verwendeten Basen Adenin Guanin Cytosin und Uracil der mRNA; in der DNA wird Uracil Thymin verwendet.
Tabelle 1 : Codon-Tabelle. Diese Tabelle zeigt die 64 Codon-Tripletts.
2. Base
U C A G
1. Base U UUU Phenylalanin
UUC Phenylalanin
UUA Leucin
UUG Leucin
UCU Serin
UCC Serin
UCA Serin
UCG Serin
UAU Tyrosin
UAC Tyrosin
UAA Stop
UAG Stop
UGU Cystein
UGC Cystein
UGA Stop
UGG Tryptophan
C CUU Leucin
CUC Leucin
CUA Leucin
CUG Leucin
CCU Prolin
CCC Prolin
CCA Prolin
CCG Prolin
CAU Histidin
CAC Histidin
CAA Glutamin
CAG Glutamin
CGU Arginin
CGC Arginin
CGA Arginin
CGG Arginin
A AUU Isoleucin
AUC Isoleucin
AUA Isoleucin
1 AUG Methionin
ACU Threonin
ACC Threonin
ACA Threonin
ACG Threonin
AAU Asparagin
AAC Asparagin
AAA Lysin
AAG Lysin
AGU Serin
AGC Serin
AGA Arginin
AGG Arginin
G GUU Valin
GUC Valin
GUA Valin
GUG Valin
GCU Alanin
GCC Alanin
GCA Alanin
GCG Alanin
GAU Asparaginsäure
GAC Asparaginsäure
GAA Glutaminsäure
GAG Glutaminsäure
GGU Glycin
GGC Glycin
GGA Glycin
GGG Glycin

1 Das Triplett AUG dient sowohl als Codon Methionin als auch als Startsignal der Translation; erste AUG-Triplett auf der mRNA wird das Codon das zu Protein translatiert wird.
Tabelle 2 : Umgekehrte Codon-Tabelle. Diese Tabelle zeigt die Aminosäuren die in Proteinen verwendet werden und Codons die für sie kodieren.
Ala GCU GCC GCA GCG Leu UUA UUG CUU CUC CUA CUG
Arg CGU CGC CGA CGG AGA AGG Lys AAA AAG
Asn AAU AAC Met AUG
Asp GAU GAC Phe UUU UUC
Cys UGU UGC Pro CCU CCC CCA CCG
Gln CAA CAG Ser UCU UCC UCA UCG AGU AGC
Glu GAA GAG Thr ACU ACC ACA ACG
Gly GGU GGC GGA GGG Trp UGG
His CAU CAC Tyr UAU UAC
Ile AUU AUC AUA Val GUU GUC GUA GUG
START AUG GUG STOP UAG UGA UAA

Den drei STOP-Codons wurden ursprünglich Namen - UAG war amber ( bernsteinfarben ) UGA war opal und UAA war ochre (ocker). Die Namen gehen zurück auf ersten Entdecker (Bernstein) die nachfolgenden Codeworte sind seines Namens.

Während das mRNA-Codon UGA zumeist als gelesen wird kann es unter bestimmten Bedingungen eine 21te Aminosäure stehen: Selenocystein (Sec). Die Biosynthese und der Einbaumechanismus Sec in Proteine unterscheidet sich stark von aller anderen Aminosäuren: seine Insertion erfordert einen Translationsschritt bei dem ein UGA im Rahmen bestimmten Sequenzumgebung und zusammen mit bestimmten Cofaktoren interpretiert wird. Hierzu ist eine strukturell einzigartige spezifische tRNA (tRNA Sec ) erforderlich die bei Vertebraten mit drei allerdings verwandten Aminosäuren beladen werden kann: Serin Selenocystein und Phosphoserin.

Die Translation beginnt mit einem Kettenstarter - oder START-Codon aber dies alleine ist ausreichend um den Prozess zu beginnen. Bestimmte nahe des START-Codons sind ebenfalls notwendig um Transkription in mRNA und deren Bindung am Ribosom herbeizuführen. Das wichtigste Startcodon ist AUG auch für Methionin codiert. CUG und UUG GUG und AUU in Prokaryoten funktionieren ebenfalls.

Inhaltsverzeichnis
1 Weblink

Fehlertoleranz

Wird während der Translation ein Codon dekodiert (eine falsche Aminosäure verwendet) so stimmt Struktur des hergestellten Eiweißes nicht mehr und funktioniert nicht mehr wie vorgesehen. Offenbar war daher sehr früh in der Evolutionsgeschichte notwendig genetischen Code mit einer gewissen Fehlertoleranz auszustatten: ist ein so genannter degenerierter Code das heißt dass eine semantische durch mehrere unterschiedliche syntaktische Symbole codiert wird: der Stopp-Codons stehen ja 61 unterschiedliche Codons Verfügung es müssen aber nur 20 Aminosäuren werden. Wie in der Tabelle oben ersichtlich also für manche Aminosäuren mehrere Codes verwendet. unterscheiden sich dann in der Regel in einer der drei Basen. (Sie haben dadurch minimalen Abstand im Coderaum (siehe: Hammingdistanz ). Wird also eine der Basen falsch liegt die Wahrscheinlichkeit dass trotzdem die richtige ausgewählt wird noch immer bei 60%. Meist sich die betroffenen Codons zudem in der (dritten) Base eines Codons die bei der am häufigsten falsch gelesen wird.

Darüber hinaus haben Aminosäuren die häufiger Proteinen vorkommen als andere mehr Codons die sie kodieren.

Bemerkenswert ist die Tatsache dass der einer Aminosäure weitgehend durch die mittlere Position eines Tripletts bestimmt wird:

  • U - hydrophob
  • C - polar bis neutral
  • A - geladen
  • G - geladen neutral bis polar
Daraus folgt dass Radikalsubstitutionen (Tausch gegen eines anderen Charakters) in erster Linie Folge Mutationen in dieser zweiten Position sind. Mutationen der ersten besonders aber in der dritten (" wobble ") erhalten dagegen häufig die Aminosäure oder ihren Charakter "konservative Substitution". Berücksichtigt man ferner Transitionen Umwandlung von Purinen bzw. Pyrimidinen ineinander) aus Gründen häufiger auftreten als Transversionen (Umwandlung eines Purins in ein Pyrimidin umgekehrt; dieser Prozess setzt zumeist eine Depurinierung so ergibt sich eine weitere Erklärung für konservativen Charakter des Codes.

Universalität des Codes

Grundprinzip

Bemerkenswert ist dass der genetischer Code Prinzip für alle Lebewesen gleich ist alle sich also der gleichen "genetische Sprache" bedienen. also ein bestimmtes Codon immer für die Aminosäure steht ist es möglich in der Gentechnik z.B. das Gen für menschliches Insulin in Bakterien einzuschleusen damit diese Insulin Dieses Prinzip wird als "Universalität des Codes" Dies erklärt sich aus der Evolution so dass der genetische Code schon früh in der Entwicklungsgeschichte des Lebens ausgestaltet an alle sich entwickelnden Arten weitergegeben wurde. solche Generalisierung schließt nicht aus dass die verschiedener Codewörter (die sog. Codon Usage ) sich zwischen den Organismen unterscheiden kann.

Ausnahmen

Es gibt auch offensichtliche Ausnahmen von Universalität des genetischen Codes: So wird in Mitochondrien energieumsetzenden Organellen die vermutlich von symbiotischen Bakterien abstammen ( Endosymbionten-Theorie ) und die eine eigene Erbsubstanz (neben DNA des Zellkerns) tragen eine leicht abgewandelte des Codes benutzt.

Auch die Ciliaten zeigen Abweichungen vom UAG und häufig auch UAA kodieren für diese Abweichung findet sich auch in einigen UGA steht auch manchmal für Cystein. Eine Variante findet sich in der Hefe Candida wo CUG Serin kodiert.

Des weiteren gibt es einige Varianten Aminosäuren die von Bakterien und Archaea verwendet werden; das STOPP-codon UGA kann oben beschrieben Selenocystein und UAG Pyrrolysin kodieren. Es ist auszuschließen dass weitere Codierungs-Varianten existieren die bislang nicht entdeckt wurden.

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