Der genetische Code
Die Geheimschrift der Gene, den genetischen Code, hat man schon vor relativ langer Zeit entschlüsselt. Hochinteressant ist dabei erst einmal, dass er für alle Lebewesen auf dieser Welt gleich ist, egal ob Einzeller, Hund oder Mensch.
Als erstes ergibt sich nun die Frage: Was wird da eigentlich verschlüsselt?
Die codierenden Gene verschlüsseln die Informationen über den Aufbau körpereigener Eiweiße. Nicht mehr und nicht weniger, was auf den ersten Blick erstaunlich wenig ist. Denn unser Körper besteht ja aus viel mehr Stoffen und komplexen Strukturen. Wir werden später sehen, wieso es prinzipiell für die Entwicklung unserer Merkmale ausreichend ist, den Eiweißaufbau zu vererben... Dafür etwas Geduld.
Und wie wird verschlüsselt?
Auch das ist eigentlich wieder relativ einfach: Alle unsere – auch noch so großen und komplexen – Eiweißmoleküle bestehen aus nicht mehr als 20 verschiedenen Grundbausteinen, den sogenannten Aminosäuren, die wie Perlen einer Perlenkette aneinandergereiht sind. Diese 20 Aminosäuren können aber in unterschiedlichster Zahl und Reihenfolge in einem solchen Eiweiß auftreten. Da Eiweiße in der Regel aus vielen hundert Aminosäuren bestehen, ergibt sich eine nahezu unendlich große Anzahl von möglichen Variationen. Mathefreaks können sich das gern mal am Beispiel eines kleinen Eiweißes aus nur 100 Aminosäuren ausrechnen...
Unsere DNA – genau genommen ein Gen - gibt nun also die Reihenfolge vor, in der die Aminosäuren in einem bestimmten Eiweiß aneinandergereiht sind.
Stellen wir uns das wieder bildlich vor: Die DNA hatten wir mit einer Wimpelkette verglichen, die Reihenfolge der Wimpel ist der Geheimcode. Nun haben wir uns das Eiweiß, das aufgebaut werden soll, als eine Perlenkette vorgestellt und die Aminosäuren als Perlen. 20 verschiedene Aminosäuren, also in unserem Modell 20 verschiedenfarbige Perlen, stehen uns zur Verfügung.
Wie kann man mit Hilfe von nur vier verschiedenen Wimpeln 20 verschiedene Perlenfarben verschlüsseln? Auch hier wieder eine ganz einfache Lösung: Die Kombination von jeweils drei Wimpeln (sozusagen ein „Wimpeldreier“, wissenschaftlich exakt ein „Basen-Triplett") steht jeweils für eine Perlenfarbe.
[Ganz schlaue Mathematiker werden jetzt ausgerechnet haben, dass es natürlich bei 4 Wimpelfarben 64 verschiedene Dreierkombinationen gibt. Richtig! Es gibt also durchaus mehrere „Wimpeldreier“ [= Basen-Triplets] , die die gleiche Perle [= Aminosäure] kennzeichnen. Außerdem brauchen wir noch ein Signal, dass anzeigt wo der Code für ein Eiweiß beginnt und wo er endet. Auch diese Start- und Endpunkte werden durch bestimmte Wimpelkombinationen gekennzeichnet.]
Zur Illustration des Vorganges ein vereinfachtes Beispiel für die Codierung einer "Perlenkette" aus nur drei Perlen:
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Bildung von RNA nach der Vorlage der DNA
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Als Vorlage erkennen Sie oben unsere DNA-Wimpelkette wieder. Da das DNA-Molekül wie gesagt riesig groß ist, und die Information für unvorstellbar viele "Perlenketten" verschlüsselt, wäre es sehr "unwirtschaftlich", die gesamte DNA als Vorlage an den Ort der Perlenkettenbildung (=Eiweißproduktion) zu bringen, denn die DNA befindet sich im Zellkern, während die Eiweiße außerhalb es Zellkerns produziert werden. Daher wird jeweils nur der kleine Teil abgeschrieben und aus dem Zellkern geschleust, der gerade für die aktuelle Produktion notwendig ist. Diese Abschrift erfolgt wieder durch chemische Bindungen: Wie Sie sehen, passen jeweils zwei Wimpel optimal zueinander, so dass durch deren Verbindung eine umgekehrte Kopie der Original-DNA entsteht. Diese kleinen "Kopie-Wimpelketten" nennt man RNA (Ribonukleinsäuren). |
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Hier ist nun durch Bindung unserer "Wimpel" aneinander ein kleines RNA-Molekül entstanden. Beginn und Ende der Kopie werden auch durch spezielle Basenreihenfolgen auf der DNA bestimmt. Ist das RNA-Molekül, also die kurze "Kopie-Wimpelkette", fertig, so löst es sich von der Vorlage (DNA) und wandert zum Ort der Eiweißproduktion (also aus dem Zellkern in den Zelleib, das sogenannte Zytoplasma). [Dem aufmerksamen Beobachter wird in den Skizzen aufgefallen sein, dass sich diese RNA von der DNA etwas unterscheidet, zum Beispiel wird die Base Thymin der DNA (roter Wimpel) durch eine fast genau so aufgebaute namens Urazil (brauner Wimpel) ersetzt.] |
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Beispiel: Die RNA-Basentriplets ("Wimpeldreier") stehen jeweils für eine bestimmt Information (bunte Kugeln = Aminosäuren). |
Hier sehen Sie jetzt in unserem vereinfachten Beispiel die Informationen, die das neu gebildete RNA-Molekül enthält. Die ersten drei Wimpel kennzeichnen den Beginn der Perlenkette, dann folgen drei Tripletts, die jeweils eine bestimmte "Perlenfarbe" (eine Aminosäure) codieren. Das Ende der Kette wird wieder durch einen Stop-Code gekennzeichnet. Diese drei zusammengehörenden Basen werden auch als "Codon" bezeichnet, da sie jeweils eine Information des genetischen Codes, also der Geheimsprache unserer Gene, beinhalten. In unserem Beispiel: AUG = Start, GCU = hellblaue Perle (Aminosäure Alanin), CUU = rote Perle (Aminosäure Leucin), AGC = grüne Perle (Aminosäure Serin), UAA = Stop (oder sogenanntes "Nonsenscodon", weil keine Perle / keine Aminosäure dazu passt). Natürlich sind die Ketten in der Realität wesentlich länger, aber hier geht es uns ja nur um das Prinzip. |
[Alle die den "genetischen Code" genauer betrachten wollen, also wissen möchten welche Tripletts für welche Aminosäuren stehen, seien hier auf die Ausführungen zum genetischen Code in Wikipedia verwiesen.]
