Was ist ein Gen?
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Der Code des Lebens
Die gesamte Erbinformation der Zelle wird mit nur vier verschiedenen „Buchstaben“ geschrieben: A, G, C, T. Das ist das Alphabet der DNA. Die Anordnung der Buchstaben gibt „Wörter“, mehrere Wörter geben einen „Satz“, und so wird die Vererbungsinformation übertragen: die DNA gleicht einem Faden, auf dem die Basen in einer ganz bestimmten Anordnung aufgereiht sind, so dass sie einen ganz bestimmten Sinn ergeben – „Wörter“ und „Sätze“, die die Zelle lesen kann. Ein Satz wäre das, was ein Gen genannt wird.
Gene sind also Abschnitte der DNA. In ihnen sind Merkmale – wie zum Beispiel die Blutgruppe – festgelegt.
Wie entsteht nun aus der Abfolge von A, G, C und T ein Blutgruppenmerkmal? Hierzu muss das Alphabet der Gene in das Alphabet der Proteine übersetzt werden. Erst die Proteine bringen ein Merkmal zur Ausprägung.
Das Wesen einer Zelle wird bestimmt durch ihre Proteine (Enzyme, Hormone, Struktur- oder Regulatorproteine usw.). Gene sind also Abschnitte auf der DNA, welche die Information für den Bau eines Proteins enthalten.
Seit dem Jahr 2003 wissen die Forscher, wie viele solcher Bausteine insgesamt auf dem zwei Meter langen DNA-Faden des Menschen Platz haben: 3,2 Milliarden Bausteine. Der Mensch besitzt ca. 30’000 Gene. Im Durchschnitt enthält ein Gen also 100’000 Bausteine. Alle Gene zusammen bilden das Genom, die Gesamtheit aller Gene eines Lebewesens.
Was ist ein Gen?
In der Zelle herrscht Arbeitsteilung: Die DNA trägt die Erbinformation, Proteine sind die Funktionsträger. Sie verrichten die Arbeit. Doch wie fließt die Information von DNA zu Protein?
Mithilfe von Transkription und Translation findet eine Umwandlung vom Gen zum Protein statt. Hierbei wird die genetische Information eines Gens, also die DNA, in mRNA umgewandelt, sodass später ein Protein gebildet werden kann.
Benötigt eine Zelle neue Proteine, greift sie auf die Bauanleitung zurück, die in der Abfolge der Basen im Erbgut verschlüsselt ist. DNA bzw. RNA bestehen aus den Basen, Proteine bestehen jedoch aus Aminosäuren. Die Erbinformation muss also in eine andere Sprache übersetzt werden – eine Folge von Basen (A, G, C, T) muss in eine Folge von Aminosäuren umgewandelt werden. Dazu benötigt die Zelle ein Wörterbuch, das die Übersetzung beherrscht. Eine Folge von Basen der Nukleinsäuren DNA bzw. RNA muss in eine Folge von Aminosäuren der Proteine übersetzt werden. Diese Aufgabe erfüllt der genetische Code.
Der genetische Code funktioniert bei den verschiedenen Lebewesen in den Grundzügen gleich. Einer Abfolge von drei aufeinanderfolgenden Basen, einem sogenannten Triplett auf der mRNA – dem sogenannten Codon – wird jeweils eine bestimmte Aminosäure zugeordnet. Die Übersetzung, Translation genannt, findet an den Ribosomen im Zellplasma einer Zelle statt. Sie produzieren anhand der Basenfolge der mRNA die Abfolge von Aminosäuren eines Proteins. Jedem Codon wird bei der Translation eine bestimmte Aminosäure zugewiesen und diese mit der vorherigen verbunden. Auf diese Weise wird aus einer vorgegebenen Information eine Funktion in Form eines Proteins.
Abbildung genetischer Code; Quelle: verändert nach Download for free at http://cnx.org/contents/9720dd66-aa78-4811-8a72-9caff10a22b9@6
Der genetische Code kann wie in der Abbildung anhand der Basenfolge der mRNA dargestellt werden. Um herauszufinden, wofür das Codon „AUG“ steht, folgt man den drei Buchstaben von innen nach aussen. Man fängt beim innersten Kreis mit A an. Im mittleren Kreis folgt das U, und im äusseren dann das G. Ausserhalb des letzten Kreises steht in diesem Fall „Met“, was die Abkürzung für die Aminosäure „Methionin“ ist.
Diese sogenannte Codesonne erlaubt es recht einfach eine RNA-Sequenz in eine Aminosäuresequenz zu übersetzen.
Die 20 Aminosäuren im Uhrzeigersinn heißen:
Methionin, Threonin, Asparagin, Lysin, Serin, Arginin, Valin, Alanin, Asparginsäure, Glutaminsäure, Glycin, Phenylalanin, Leucin, Serin, Tyrosin, Cystein, Tryptophan, Leucin, Prolin, Histidin, Glutamin, Arginin und Isoleucin.
Viele der 20 Aminosäuren können über verschiedene Tripletts in gleicher Weise codiert werden. Man sagt: „Der genetische Code ist degeneriert“.
Arbeitsblätter
Übungen
Wie lautet die Folge der Aminosäuren bei der folgenden Basenfolge einer mRNA:
CCG GAA AGA UUU GAG UGC ACG
Tests
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