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Vom Gen zum Protein

Genetischer Code

Der genetische Code ist das Übersetzerhandbuch der Zelle. Nachdem man festgestellt hatte, wie sich die zwanzig Aminosäuren auf die 64 Codons verteilen, begann man sofort mit dem Versuch, eine höhere Ordnung in die Tabelle zu interpretieren. Dieses misslingt ganz und gar, wenn man die in Abb. 1 dargestellte Code-Sonne betrachtet, denn Zusammenhänge lassen sich daraus nicht erkennen.

Abb.1

Erläuterung: Stop-Codons: UAG - Amber; UAA - Ochre; UGA - Opal; Initiationscodon: AUG. Es gibt eine Reihe von Ausnahmen von der Universalität des genetischen Codes, wie z.B., dass UGA im mitochondrialen Genom Trp codiert.

Ersetzt man das alle "U" durch "T", so erhält man die entsprechende DNA-Code-Sonne des nicht abgelesenen, komplementären DNA-Strangs.

DNA/RNA-Aminosäure-Codes am Beispiel UCG (Serin)
NucleinsäureLeserichtungCode
tRNA3‘ ⇒ 5‘ AGCtRNA-Anti-Codon
mRNA5‘ ⇒ 3‘ UCGmRNA-Codon
DNA3‘ ⇒ 5‘ AGCabgelesener DNA-Strang
DNA5‘ ⇒ 3‘ TCGkomplementärer DNA-Strang

Erst wenn man andere Darstellungen des Codes verwendet, kann man Lösungsansätze für viele, zumeist immer noch ungelöste Fragen finden. So z.B. für die Fragen:

  • Warum gibt es für 6 Serin-Codons nur 4 tRNA-Typen?
  • Lassen sich die gemeinsamen Eigenschaften von Aminosäuren Codon-Gruppen zuordnen?
  • Lässt sich aus dem Triplett-Code ein primitiver Code herauslesen, aus dem sich der jetzige entwickelt hat?
  • Gibt es Aminosäuren, die früher oder später entwickelt wurden?

Es hat sicher nicht an Versuchen gefehlt, diese Fragen zu beantworten. Wirklich schlüssige Antworten hat man jedoch nur selten erhalten. Versuchen Sie es selbst, aus zwei anderen Darstellungen des Codes die Zusammenhänge herauszufinden. Abb. 2 stellt die Aminosäuren zusammen mit einem Satz von Ladungsprofilen dar. Abb. 3 gibt die Kettenlänge der Aminosäuren an.

Abb.2
Ladung

Es gilt folgender Farbcode:

grau = ungeladen hydrophob; grün = ungeladen hydrophil; rot = negativ geladen; blau = positiv geladen

Abb.3
Größe

Gibt es eine Beziehung zwischen der Nucleotid-Sequenz des Basentripletts und den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Aminosäuren?

Es fällt sicher auf, dass alle Codons mit einem mittleren Uridin für hydrophobe Aminosäuren stehen. Saure und basische Aminosäuren sind deutlich gruppiert. Die Größe scheint dagegen kein Ordnungsprinzip darzustellen.

Geht man von ganz anderen Eigenschaften der Aminosäuren aus, so fällt der eine oder andere weitere Aspekt auf:

  • Die besonders bewegliche Aminosäure Glycin wird durch zwei unverwechselbar stabile GC-Wechselwirkungen realisiert.
  • Die besonders starre Aminosäure Prolin wird ebenfalls durch zwei unverwechselbar stabile CG-Wechselwirkungen realisiert.
  • Die Aminosäuren Cystein und Tryptophan folgen dem gleichen Muster.
  • Aromatische Aminosäuren werden durch besonders schwache Wechselwirkungen realisiert.
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