In den Proteinen der Lebewesen treten in der Regel 20 verschiedene Aminosäuren auf. Deren Reihenfolge muss in der Nucleotidsequenz der mrna und damit

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1 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.

2 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.

3 Die Proteinbiosynthese benötigt: 1. Alle Aminosäuren, die Bausteine der Poypeptidkette sind 2. Ribosomen 3. Enzyme 4. mrna als Träger der Information über die Aminosäureabfolge 5. transfer-rna

4 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 A- Bindungsstellen 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.

5 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.

6 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.

7 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.

8 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.

9 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.

10 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.

11 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.

12 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.

13 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.

14 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.

15 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.