Codesonne
In diesem Beitrag und unserem Video dazu erklären wir dir, wie du die Codesonne anwendest.
Inhaltsübersicht
Codesonne einfach erklärt
Mithilfe der Codesonne (Gensonne) kannst du selbst die Reihenfolge der Basen in der DNA analysieren und damit jeden beliebigen genetischen Code knacken. Der genetische Code aller Lebewesen ist in verschlüsselter Form in der DNA gespeichert: Genauer gesagt, in der Reihenfolge der in der DNA (oder ihrer Kopie-Form der mRNA) enthaltenen Basen.
Das Praktische ist, dass der Code in (fast) allen Lebewesen derselbe ist (=universell). Alle Organismen sprechen also dieselbe Geheimsprache. Das bedeutet, dass die Basenabfolge GAG also überall in die Aminosäure Glutamat „übersetzt“ wird.
In unseren Zellen kann der genetische Code mithilfe der Proteinbiosynthese entschlüsselt werden. Aus der Basenabfolge in DNA oder mRNA ergibt sich nämlich die Reihenfolge der Aminosäuren in einem Protein. Dabei stellt jeweils ein Dreierpaket (Basen-Triplett, Codon) einen Code für eine Aminosäure dar.
Die Codesonne (Gensonne, Codon Sonne) ist ein Hilfsmittel, um den genetischen Code zu entschlüsseln, indem jedem Basentriplett eine Aminosäure zugeordnet werden kann.
Genetischer Code und Proteinbiosynthese
Die DNA und mRNA enthalten jeweils vier verschiedene Basen: Adenin, Guanin, Cytosin Thymin (DNA) bzw. Uracil (RNA). Wie du bereits gelernt hast, ist eine Aminosäure mit drei aufeinanderfolgenden Basen verschlüsselt. Dadurch ergeben sich genügend „Codeworte“ für die 20 Aminosäuren, die in Proteinen vorkommen (43 = 64 Kombinationsmöglichkeiten).
Diese Art Geheimschrift können unsere Zellen mithilfe der Proteinbiosynthese knacken. Du kannst sie in die zwei Hauptschritte Transkription und Translation einteilen.
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, läuft der Schritt nur an einem DNA-Strang ab (= codogener Strang). Den anderen DNA-Strang, der nicht abgelesen wird, bezeichnest du als Code-Strang.
Die mRNA wird anschließend vom Zellkern in das Zellplasma zu den Ribosomen transportiert. Erst dann findet in der sogenannten Translation die eigentliche Entschlüsselung des genetischen Codes statt. Dabei werden die Codewörter auf der mRNA mithilfe spezieller Adapter-Moleküle — den sogenannten tRNAs (transfer RNAs) — in Aminosäuren übersetzt.
Anwendung der Codesonne
In Prüfungen bekommst du oft eine unbekannte DNA (oder mRNA)-Sequenz vorgelegt. Deine Aufgabe besteht dann darin, herauszufinden, für welche Aminosäuren der Code steht. Hierfür gibt es ein Hilfsmittel: Die sogenannte Codesonne oder Gensonne. Sie trägt ihren Namen, da ihr Aufbau einer Sonne mit einzelnen Strahlen gleicht.
Mit ihr kannst du die Translation ganz einfach nachverfolgen. Wichtig: Du liest die Codesonne immer von innen nach außen!
Schauen wir uns nun aber an, wie du die Codesonne richtig anwendest.
1. DNA- oder RNA-Sequenz?
Zunächst musst du immer darauf achten, ob du es mit einer DNA-Sequenz oder mRNA-Sequenz zu tun hast. Denn die Basensequenz des DNA-Strangs, der während der Transkription abgelesen wird, ist entgegengesetzt (komplementär) zu der entstehenden mRNA. Das Basentriplett TGA (DNA) wird dann beispielsweise zu ACU (mRNA) umgeschrieben.
Wenn du einen mRNA Strang analysieren sollst, dann kannst du direkt starten. Bei der DNA-Sequenz musst du den Vorlagestrang (codogenen Strang) erst in eine RNA-Sequenz umwandeln. Dabei ist es wichtig für dich zu wissen, dass sich immer die Base Adenin mit Tymin (bzw. Uracil in der RNA) und Guanin mit Cytosin paart.
2. Einteilung in Basen-Tripletts
Nachdem du jetzt geklärt hast, mit welcher Sequenz du es zu tun hast, teilst du diese in 3er-Paare (Basen-Tripletts) ein. Wichtig hierbei ist, dass es zwischen den einzelnen Tripletts keine Überschneidungen gibt.
3. Leserichtung (von innen nach außen)
Jetzt kannst du auch schon mit dem Ablesen der Codesonne beginnen: Wir nehmen hier das Triplett U-C-A als Beispiel.
Du beginnst mit der ersten Base (im Beispiel U) und suchst diese im innersten Kreis der Sonne.
Weiter geht es mit der zweiten Base (im Beispiel C). Du befindest dich nun im zweiten Kreis (bzw. Viertelkreis) über der vorherigen Base und suchst nach der richtigen Base auf der zweiten Position.
Jetzt bist du fast am Ziel angelangt: In dem äußersten Abschnitt über deiner Base suchst du nun die letzte Base an Position 3 (im Beispiel das A). Über der letzten Base findest du drei Buchstaben vor. Die Buchstaben sind jeweils eine Abkürzung für die Aminosäure, die von deinem Basen-Triplett codiert wird. Im Falle des U-C-A steht dort die Abkürzung Ser, was für die Aminosäure Serin steht.
Mit der Codesonne kannst du alle Basen-Tripletts und die zugehörigen Aminosäuren ablesen. Wichtig ist, dass du dir merkst, dass ein Triplett immer eindeutig für eine Aminosäure steht. Allerdings kannst du (meistens) nicht direkt von einer Aminosäure auf das Basentriplett schließen, da fast immer mehr Codons für eine Aminosäure existieren (=redundant).
In der folgenden Tabelle bekommst du einen Überblick, für welche Aminosäure die jeweilige Abkürzung steht.
| Abkürzung | Aminosäure | Abkürzung | Aminosäure |
|---|---|---|---|
| Met | Methionin | Gly | Glycin |
| Thr | Threonin | Phe | Phenylalanin |
| Asn | Asparagin | Leu | Leucin |
| Lys | Lysin | Tyr | Tyrosin |
| Ser | Serin | Cys | Cystein |
| Arg | Arginin | Trp | Tryptophan |
| Val | Valin | Pro | Prolin |
| Ala | Alanin | His | Histidin |
| Asp | Asparaginsäure | Gln | Glutamin |
| Glu | Glutaminsäure | Ile | Isoleucin |
Außerdem existieren noch vier spezielle Basen-Tripletts: das Start-Codon und die Stopp-Codons.
Das Startcodon stellt den Beginn der Translation dar. Dieses Triplett ist die Basenfolge AUG, das immer für die Aminosäure Methionin steht. Die Stoppcodons hingegen geben das Ende der Translation an. Dabei handelt es sich um die Tripletts UAA, UAG oder UGA, die für keine Aminosäure codieren.
Übungsaufgabe Code Sonne
Jetzt wenden wir das Gelernte doch einmal an einem konkreten Beispiel an. So kannst du gleich überprüfen, ob du das Thema verstanden hast.
Beginnen wir mit einer belieben Basenabfolge auf der DNA. Wir verwenden hier nur den codogenen Strang, also der Strang der doppelsträngigen DNA, der in eine einzelsträngige mRNA übersetzt wird.
DNA (codogener Strang): TACGCATTAGTTGTA
Zunächst verschaffen wir etwas Ordnung, indem wir die Sequenz in Dreierpacke einteilen. Das erleichtert uns das Deuten des Codes.
DNA (codogener Strang) : TAC-GCA-TTA-GTT-GTA
Wir wandeln nun den codogenen DNA Strang in einen komplementären mRNA Strang um.
mRNA: AUG-CGU-AAU-CAA-CAU
Mithilfe der Codesonne erhalten wir nun die Aminosäureabfolge. Die jeweiligen Abkürzungen können wir dann ganz einfach in der Tabelle nachlesen.
Aminosäure Met(Start)-Arg-Asn-Gln-His
Und schon sind wir fertig! War doch gar nicht so schwer, oder?
Codesonne und genetischer Code
Du möchtest detaillierte Informationen über die Eigenschaften und Regeln des genetischen Codes ? Dann schau dir gerne unser Video dazu an!
Doch wie können Forscher überhaupt die Basensequenz unbekannter DNA-Moleküle herausfinden? Das erklären wir dir alles in unseren Beiträgen zur Sanger Sequenzierung und DNA Sequenzierung . Schau gerne vorbei!