Genetik
Genexpression
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Was ist der genetische Code und wie kann er geknackt werden? Das alles erfährst du in diesem Beitrag! Du gehörst eher zu den audio-visuellen Lerntypen? Dann ist unser  anschauliches Video genau das Richtige für dich!

Genetischer Code einfach erklärt

Unsere Erbinformationen sind in verschlüsselter Form in einem langen, aus vielen Einzelbausteinen bestehendem Molekül gespeichert: der DNA . Ein bestimmter Abschnitt auf der DNA (=Gen ) trägt den Bauplan für die Herstellung eines Proteins. Die hergestellten Proteine beeinflussen wiederum dein äußeres Erscheinungsbild (Phänotyp ) oder deinen Zellstoffwechsel. 

Unter dem genetischen Code verstehst du die Entschlüsselung der Informationen auf der DNA (oder auf ihrer Kopie der mRNA ) bis zur Proteinherstellung (=Proteinbiosynthese ). Das kannst du dir wie eine Art Geheimsprache vorstellen, bei der die aufeinanderfolgenden Basen von DNA oder mRNA die Reihenfolge der Aminosäuren in einem Protein festlegen. Immer drei aneinandergereihte Basen (=Triplett, Codon) sorgen für die Bildung einer bestimmten Aminosäure. 

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Ablauf der Proteinbiosynthese

 

Der genetische Code ist (fast) universell, was bedeutet, dass (fast) alle Lebewesen auf diesem Planeten die selbe Geheimsprache verwenden. Du kannst sogar selbst „Detektiv“ spielen, und den genetischen Code einer beliebigen Basensequenz knacken. Hierfür verwendest du die sogenannte Codesonne.

Genetischer Code Definition

Ein genetischer Code (engl. genetic code) ist die Art und Weise, wie die Basensequenz einer DNA oder RNA in Aminosäuren übersetzt wird. Dieser Vorgang findet bei der Proteinbiosynthese statt.

Genetischer Code Eigenschaften

Der genetische Code ist: 

  • ein Triplett-Code,
  • degeneriert (redundant),
  • komma- und überlappungsfrei,
  • und universell. 

Im Folgenden schauen wir uns jede dieser Eigenschaften/Regeln genauer an.

Triplett-Code

Wie du bereits gelernt hast, handelt es sich bei dem genetischen Code um einen Triplett Code bestehend aus drei aufeinanderfolgenden Basen. Du kannst dir die Basenabfolge auf der mRNA oder DNA quasi als Wörter vorstellen, die immer aus drei Buchstaben bestehen. Jede Reihenfolge der drei Buchstaben (= Basen-Triplett, Codon) definiert dabei eine Aminosäure.  Mathematisch gesehen, ergeben sich aus den vier unterschiedlichen Basen (Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil(RNA); Thymin (DNA)) 43 = 64 Möglichkeiten zur Kombination. 

In der folgenden Abbildung findest du jeweils, welche Kombination aus drei Basen für welche Aminosäure codiert.

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Genetischer Code als Basen-Triplett

Degeneriert (redundant)

Eine weiteres zentrales Merkmal des genetisches Codes ist, dass er eindeutig ist. Das bedeutet, dass jedes Triplett immer nur für genau eine Aminosäure steht. Allerdings besitzt der Mensch nur 20 Aminosäuren, die in Proteinen vorkommen. Deshalb existieren für jede Aminosäure meistens mehrere (bis zu sechs) Tripletts. Daher bezeichnest du den genetischen Code als degeneriert oder redundant(= mehrfach vorhanden). 

Du kannst also vom Triplett auf die richtige Aminosäure schließen, aber nicht immer von der Aminosäure auf das Triplett. 

Neben den 61 Codons, die für die 20 Aminosäuren stehen,  existieren noch drei Stoppcodons (UAA, UAG und UGA). Die Stopp-Codons geben das Ende der Translation bekannt und das fertige Protein kann freigesetzt werden. Eine weitere Besonderheit ist das Codon AUG. Es steht für die Aminosäure Methionin, dient aber auch als Startcodon, also als Startsignal für die Translation. 

Wahrscheinlich ist dir auch schon aufgefallen, dass die Tripletts sich sehr ähnlich sind. Oft genügt schon das Wissen der ersten beiden Basen, um die richtige Aminosäure festzulegen. Das ist wichtig, denn dadurch wird eine höhere Fehlertoleranz des genetischen Code ermöglicht. Dadurch ist der genetische Code zum Beispiel nicht so anfällig für Mutationen  (vor allem Punktmutationen ). 

Komma- und überlappungsfrei

Ein Genetischer Code ist außerdem kommafrei. Darunter verstehst du, dass es zwischen den Basen-Tripletts kein Trennzeichen oder Zwischenraum gibt. Außerdem liegen die Basen-Tripletts niemals übereinander bzw. überschneiden sich (=überlappungsfrei). Das bedeutet konkret, dass eine Base nicht zu zwei oder mehreren Tripletts gehört. 

Universell

Eine weitere wichtige Eigenschaft des genetischen Codes ist, dass er (fast) universell ist. Fast alle Organismen auf unserem Planeten verwenden also denselben genetischen Code und damit quasi dieselbe „Sprache“. 

Das bietet uns ganz neue Möglichkeiten für die Gentechnik. So können zum Beispiel menschliche Gene in Bakterien hergestellt werden, was beispielsweise dafür verwendet wird, um das  Hormonprotein Insulin herzustellen. Das Hormon ist sehr wichtig für Menschen, die an Diabetes erkrankt sind. 

Eine Ausnahme dieser Regel, stellt aber zum Beispiel der Code in den Mitochondrien und Chloroplasten dar, denn er ist dort etwas abgewandelt. 

Genetischer Code Entschlüsselung durch die Proteinbiosynthese

Wie du bereits gelernt hast, können unsere Zellen den genetische Code mithilfe der Proteinbiosynthese knacken. Du kannst die Proteinbiosynthese in die zwei Hauptschritte Transkription und Translation einteilen. 

Wenn du den genauen Ablauf der Proteinbiosynthese erfahren möchtest – schau gerne bei unserem Video dazu vorbei!

Zum Video: Proteinbiosynthese
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In der Transkription (lat. transcribere = umschreiben) erfolgt zunächst eine Umschreibung der Basensequenz der doppelsträngigen DNA in eine transportfähige einzelsträngige Kopie – die mRNA (=messenger RNA). Genauer gesagt wird hierbei nur einer der beiden Einzelstränge abgelesen, nämlich der codogene Strang. Dieser Schritt läuft in unserem Zellkern ab. 

Die mRNA wird anschließend ins Zellplasma zu den Ribosomen transportiert. Erst dann findet in der Translation (eng. translation = Übersetzung) die eigentliche Entschlüsselung unseres genetischen Codes statt.

Hier bedienen sich unsere Zellen bestimmter Adapter-moleküle – die sogenannte tRNAs (transfer RNAs). Sie sind jeweils mit einer bestimmten Aminosäure beladen und besitzen an ihrer Unterseite eine spezielle Stelle. Diese ist entgegengesetzt (komplementär) zu dem Basen-Triplett auf der mRNA. Deshalb kannst du die Stelle auch als Anticodon bezeichnen. Mit ihrem Anticodon kann dann die tRNA auf das Codon der mRNA docken. Alle richtig angedockten tRNAs geben ihre Aminosäure ab, woraus sich eine lange Aminosäurenkette bildet. Aus dieser Kette entsteht schließlich ein Protein.

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Ablauf der Translation

Schauen wir uns das einmal an einem konkreten Beispiel an:  Die mRNA besitzt das Codon CAG, das der Code für die Aminosäure Glutamin ist (siehe Tabelle). Die mit der Aminosäure Glutamin beladene tRNA besitzt also das Anti-Codon GUC.

Genetischer Code und Codesonne

Zum Video: Codesonne
Zum Video: Codesonne

Du willst jetzt jeden beliebigen genetischen Code selbst knacken? Dann ist unser Beitrag zur Codesonne (Gensonne) genau das Richtige für dich! Hier zeigen wir dir anhand von Beispielen, wie du die Codesonne richtig anwendest. 

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