Genetischer Code – Eigenschaften und Bedeutung
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Grundlagen zum Thema Genetischer Code – Eigenschaften und Bedeutung
Inhalt
- Genetischer Code – Biologie
- Genetischer Code – Eigenschaften und Merkmale
- Genetischer Code - Zusammenfassung
Genetischer Code – Biologie
Weißt du, was alle Lebewesen – von Einzellern bis hin zu komplexen Organismen – gemeinsam haben? Den genetischen Code. Dieser gibt, einfach erklärt, vor, wie in den Zellen eines Organismus die Erbinformation in ein fertiges Protein übersetzt wird. Damit wollen wir uns im folgenden Text genauer beschäftigen.
Wo findet man den genetischen Code?
Zunächst wollen wir uns die Prozesse der Transkription und Translation in Erinnerung rufen: Bei der Transkription wird im Zellkern eine Kopie der DNA erstellt. Diese Kopie, die man als mRNA bezeichnet, ist der DNA komplementär. Aufgrund der festgelegten Basenpaarungen bei der Transkription enthält die mRNA eine analoge Basensequenz zur DNA. Anschließend wird die mRNA zu den Ribosomen der Zelle transportiert. Dort findet die Translation statt: Durch Ablesen der mRNA‑Basensequenz werden einzelne Aminosäuren zur Polypeptidkette eines Proteins zusammengesetzt. Die Übersetzung der Basensequenz in Aminosäuren passiert natürlich nicht willkürlich: Hier kommt der genetische Code ins Spiel.
Was ist der genetische Code?
Vielleicht kannst du dir jetzt schon denken, welche Funktion der genetische Code erfüllt. Schauen wir uns hierzu eine kurze Definition an.
Genetischer Code – Definition:
Der genetische Code gibt vor, anhand welcher Regeln die Basensequenz der mRNA in eine Aminosäuresequenz übersetzt wird.
Dabei wird einem Basentriplett, also drei aufeinanderfolgenden Basen, jeweils eine bestimmte Aminosäure zugeordnet. Ein solches Triplett bezeichnet man auch als Codon. Insgesamt ergibt sich so ein Leseraster, das in Dreierschritten übersetzt wird. Dabei gilt, dass sich diese Dreierschritte nicht überlappen. Eine Base gehört also immer zu einem bestimmten Triplett. Doch wo beginnt dieses Leseraster und wo hört es auf? Dafür gibt es ein Start‑Codon und drei verschiedene Stopp‑Codons. Diese Codons geben die Start- und Endpunkte der Translation an.
Genetischer Code – Eigenschaften und Merkmale
Den genetischen Code kann man mithilfe der sogenannten Code‑Sonne abbilden. Diese stellt, von innen nach außen abgelesen, alle möglichen Dreierkombinationen von Basen dar. Außerdem zeigt sie im äußeren Ring an, welche Aminosäure sich aus dem entsprechenden Basentriplett ergibt.
Man kann außerdem erkennen, dass das Start‑Codon eine Aminosäure codiert, die Stopp‑Codons hingegen nicht. Sie dienen lediglich dem Abbruch der Translation. Aus der Code‑Sonne ergibt sich noch eine weitere Eigenschaft, die wir uns nun ansehen wollen.
Wieso bezeichnet man den genetischen Code als degeneriert?
Da es insgesamt vier Basen gibt, gibt es insgesamt $4^{3}=64$ verschiedene Dreierkombinationsmöglichkeiten und somit 64 mögliche Codons. Davon codieren 61 Codons Aminosäuren, die restlichen drei dienen ausschließlich als Stopp‑Codons. Da es lediglich 20 verschiedene Aminosäuren gibt, codieren für fast alle Aminosäuren mehrere Tripletts. Das kannst du auch daran erkennen, dass in manchen Fällen (zum Beispiel für Leucin (LEU) oder Prolin (PRO)) die letzte, also äußerste, Base keinen Einfluss mehr auf die Codierung hat.
Einen Code bezeichnet man dann als degeneriert (redundant, mehrfach vorhanden), wenn eine bestimmte Einheit durch mehrere Ausdrücke codiert wird. Das ist hier also der Fall, da eine bestimmte Aminosäure nicht nur durch ein einziges Triplett codiert wird, sondern immer durch mehrere Tripletts. Man kann von einem Triplett auf die Aminosäure schließen, aber nicht umgekehrt.
Ist der genetische Code universell?
Das Grundprinzip des genetischen Codes ist für alle Lebewesen gleich. Auch die Codierung an sich, also welches Codon für welche Aminosäure steht, ist bis auf wenige Ausnahmen immer dieselbe. Unterschiede gibt es zum Beispiel bei Mitochondrien, die eine eigene DNA besitzen. Hier gibt es mehrere Abwandlungen des Codes. Auch Wimpertierchen und einige Bakterien zeigen kleine Abweichungen im genetischen Code. Da die Ausnahmen sehr selten sind, gilt der genetische Code insgesamt als universell.
Genetischer Code - Zusammenfassung
Was versteht man unter einem genetischen Code? Wo findet er Anwendung? Diese und noch mehr Fragen werden in diesem Video geklärt. Auch zum Thema genetischer Code findest du interaktive Aufgaben und ein Arbeitsblatt, sodass du dein neu gewonnenes Wissen direkt testen kannst.
Transkript Genetischer Code – Eigenschaften und Bedeutung
Hallo! Ein Bakterium und ein Kirschbaum haben mehr gemeinsam, als du auf den ersten Blick vermuten würdest. Denn alle Lebewesen von den kleinsten Zellen bis zu den komplexesten, vielzelligen Organismen haben eines gemeinsam. Ihre Erbinformation ist bis auf wenige Ausnahmen auf die gleiche Weise verschlüsselt. Diese Verschlüsselung nennt man auch genetischer Code und diesen möchte ich dir jetzt erklären. Dir ist sicher bekannt, dass die DNA zunächst in RNA transkribiert und dann in ein Protein translatiert wird. Die Proteine erfüllen dann vielfältige Aufgaben in jedem Organismus. Aber wie genau geht das, wenn doch die DNA aus nur vier verschiedenen Nukleotiden und ein Protein aus vielen Aminosäuren besteht? Wie kann in einer Abfolge von vier verschiedenen Nukleotiden die Reihenfolge von 20 Aminosäuren verschlüsselt sein? Wenn jedes Nukleotid für eine Aminosäure stünde, könnten in der DNA nur vier Aminosäuren verschlüsselt sein. Bei Zweierkombinationen der Nukleotiden, wie zum Beispiel G-C oder A-G, ergeben sich vier hoch zwei, also 16 mögliche Aminosäuren. Erst Dreierkombinationen in der DNA wie A-G-A oder T-C-G ergeben vier hoch drei, also 64 mögliche Aminosäuren. Und tatsächlich hat man herausgefunden, dass jeweils drei Nukleotide der DNA, sogenannte Codogene, beziehungsweise in der mRNA, die Codons oder Tripletts, einer Aminosäure im Protein entsprechen. Die Gesamtheit aller Codons nennen wir den genetischen Code. Die 64 möglichen Codons der mRNA siehst du in dieser Code-Sonne. Du findest hier die Nukleotide G, U, A und C in allen möglichen Dreierkombinationen. Du siehst hier auch, welchen Aminosäuren die Codons entsprechen. Da nur 20 Aminosäuren vom Menschen hergestellt werden, gibt es natürlich viel mehr mögliche Codons als Aminosäuren. Daher wird die Mehrzahl der Aminosäuren durch mehrere Codons beschrieben. Damit hast du soeben auch schon eine Besonderheit des genetischen Codes kennengelernt. Dadurch, dass eine Aminosäure durch mehrere Codons beschrieben ist, kann man aus einer Aminosäuresequenz nicht auf die DNA-Sequenz zurückschließen. Der genetische Code ist degeneriert oder redundant. Ist dir aufgefallen, dass eine Aminosäuren oft schon durch die ersten zwei Nukleotide im Codon festgelegt wird? Das findest du zum Beispiel bei der Aminosäure Prolin, denn die Nukleotide für Prolin beginnen immer mit C-C. Das dritte Nukleotid im Codon kann G, A, C oder U sein. Zudem hast du zu Beginn schon gehört, dass der genetische Code bis auf wenige Ausnahmen allen Organismen gemeinsam ist. Und zwar gilt das für die einfachsten Organismen wie Bakterien oder Viren, bis hin zu den komplexen Organismen wie den Landpflanzen oder Tieren. Der genetische Code ist also auch universell. Außerdem ist der genetische Code nicht überlappend, sodass jedes Nukleotid in der DNA nur in einem Codon der mRNA auftaucht und damit nur für die Codierung einer Aminosäure verwendet wird. Bei einem überlappenden Code würde eine Base in zwei oder sogar drei Codons genutzt. Zudem ist der Code kommafrei. Es gibt also keine Zeichen, die auf den Anfang oder das Ende eines Codons hinweisen würden. Wie aber wird festgelegt, wo ein Protein beginnt und wo es endet? Das wird durch besondere Codons bestimmt, nämlich durch Start- und Stoppcodons. Die Sequenz des Startcodons ist A-U-G und es kodiert gleichzeitig für die Aminosäure Formyl-Methionin. Stoppcodons gibt es drei: U-A-A, U-A-G und U-G-A. Sie kodieren für keine Aminosäure, sondern bedeuten ausschließlich, dass ein Kettenabbruch bei der Proteinsynthese am Ribosom stattfindet. Die Nukleotidsequenz von einem Start- zu einem Stoppcodon heißt auch offenes Leseraster oder Open Reading Frame, kurz ORF. Taucht die Sequenz des A-U-G Startcodons innerhalb eines ORF auf, wird einfach die Aminosäure Formyl-Methionin in das Protein eingebaut. Du hast in diesem Video, dass Bakterien, Pflanzen und ebenso der Mensch eines gemeinsam haben. Nämlich die Verschlüsselung der Erbinformationen, den genetischen Code. Der genetische Code ist aber nicht nur universell, sondern degeneriert, nicht überlappend und kommafrei. Spezielle Codons, die Start- und Stoppcodons, legen fest, wo ein Protein beginnt und endet. Tschüss.
Genetischer Code – Eigenschaften und Bedeutung Übung
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Gib an, für welche Aminosäure das gegebene Triplett codiert.
TippsDie drei Buchstaben am äußeren Rand der Code-Sonne sind Abkürzungen der Aminosäuren.
Beginne in der Mitte der Code-Sonne und lese von innen nach außen den Triplettcode ab.
LösungBei der Übersetzung eines Tripletts (auch: Codon) der mRNA in eine Aminosäure wird die Code-Sonne zu Hilfe genommen. Der Prozess des Ablesens beginnt in der Mitte der Sonne, man sucht dort zunächst den ersten Buchstaben des Tripletts. Anschließend sucht man im zweiten Kreis (=mittlerer Kreis) der Code-Sonne den zweiten Buchstaben des Tripletts und schließlich im äußeren Kreis den letzten Buchstaben. Es lässt sich nun erkennen, für welche Aminosäure das Triplett codiert. Die Aminosäuren sind am äußeren Rand der Code-Sonne allerdings mit ihren Abkürzungen dargestellt. Kennt man die Abkürzungen der Aminosäuren nicht auswendig, so müssen diese Abkürzungen noch nachgeschlagen werden.
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Ordne den Eigenschaften des genetischen Codes ihre entsprechende Übersetzung zu.
TippsVersuche, dir über die Wortbedeutung zu erschließen, welche Erklärung des Begriffes korrekt ist.
Ein Komma verursacht einen Zwischenraum oder eine Lücke.
Wäre der genetische Code überlappend, könnte dieselbe Base in mehreren Tripletts vorkommen.
LösungDer genetische Code dient der Übersetzung der genetischen Information in ein Protein. Er ist universell, kommt also bei allen Lebewesen vor. Außerdem ist der genetische Code nicht eindeutig, man kann anhand einer Aminosäuresequenz nicht eindeutig die zugehörigen DNA-Tripletts bestimmen. Der genetische Code ist degeneriert: Unterschiedliche Tripletts können für die gleiche Aminosäure codieren. Zudem ist der genetische Code kommafrei und nicht überlappend. Das bedeutet, dass die Tripletts lückenlos aneinander anschließen und dass eine Base immer nur Bestandteil von einem Triplett ist.
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Übersetze den codogenen Strang der DNA in die entsprechende Aminosäuresequenz.
TippsDer codogene Strang der DNA ist der Strang, der für die Transkription genutzt wird.
Die m-RNA enthält anstatt der Base Thymin die Base Uracil.
Der übersetzte RNA-Strang lautet: UGU UUU GAC UCC CGA AGA UAA.
Die RNA-Sequenz wird nun mithilfe der Code-Sonne in die Aminosäuren übersetzt.
Beginne mit dem Ablesen der Tripletts in der Mitte der Code-Sonne.
LösungGegeben ist der codogene Strang der DNA. Der Strang wird zunächst transkribiert. Entsprechend der komplementären Basenpaarung (Thymin paart sich mit Adenin, Guanin paart sich mit Cytosin) würde folgender Strang entstehen:
- TGT TTT GAC TCC CGA AGA TAA.
- UGU UUU GAC UCC CGA AGA UAA.
Cys-Phe-Asp-Ser-Arg-Arg (Stop).
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Beurteile, welche Änderung sich in der Aminosäuresequenz ergibt.
TippsEs entsteht ein neuer codogener Strang.
Überlege, wie du diesen Strang ablesen würdest.
Übersetze die Tripletts in die entsprechende Aminosäuresequenz.
Der codogene Strang wird zunächst transkribiert.
LösungDie Insertion einer zusätzlichen Base wird auch als Baseneinschubmutation bezeichnet. Durch den Einbau dieser zusätzlichen Base kommt es zu einer verschobenen Leserichtung. Das erste Triplett heißt nun nicht mehr ACA, sondern TAC. Dadurch ergibt sich auch eine veränderte Aminosäuresequenz. In dem hier gezeigten Beispiel kommt es dazu, dass das dritte Triplett ein Stopcodon (UGA) darstellt. Die Proteinbiosynthese wird also zu einem vorzeitigen Abbruch kommen.
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Nenne Eigenschaften des genetischen Codes.
TippsWozu dient die Code-Sonne?
Was wird durch den genetischen Code übersetzt?
GCU verschlüsselt die Aminosäure Alanin.
Prolin kann durch vier verschiedene Tripletts verschlüsselt werden.
LösungDer genetische Code regelt die Übersetzung der genetischen Information in Proteine. Proteine werden in unserem Körper jeden Tag zahlreich benötigt. So werden sie z. B. als Enzyme benötigt, die viele Reaktionen in unserem Körper beschleunigen. Durch die Code-Sonne kann leicht abgelesen werden, welches Basentriplett für welche Aminosäure codiert. Dabei codieren mehrere Tripletts für eine Aminosäure, dies nennt man degenerativ. Da diese Form der Übersetzung bei allen Lebewesen vorkommt, nennt man den genetischen Code auch universell.
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Überlege, warum die DNA-Sequenz nur die Primärstruktur der Proteine vorgibt.
TippsWodurch kommt die Tertiärstruktur der Proteine zustande?
Die Sekundärstruktur eines Proteins wird durch Wasserstoffbrückenbindungen bestimmt.
Die Ausbildung einer Sekundär- oder Tertiärstruktur wird häufig Faltung genannt. Aber was wird dabei eigentlich gefaltet? Die einzelnen Aminosäuren oder gleich das ganze Protein?
LösungIn der Aminosäuresequenz, also in der Primärstruktur, ist bereits alles angelegt, was das Protein benötigt, um eine Sekundär- und schließlich eine Tertiärstruktur auszubilden.
Die Primärstruktur bedingt also die Tertiärstruktur.Wasserstoffbrückenbindungen bewirken die Verankerung der Sekundärstruktur eines Proteins. Aminosäurereste ermöglichen die Bindungen, die die Tertiärstruktur stabilisieren.
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Hallo N Pistol001,
der Prozess der Übersetzung der Basensequenz der mRNA in eine Aminosäuresequenz wird als Translation bezeichnet. Als Proteinbiosynthese wir der gesamte Prozess der Proteinherstellung bezeichnet. Zur Proteinbiosynthese gehört also neben der Translation noch die vorgeschaltete Transkription. Die Transkription ist das „Umschreiben“ der DNA in die Transportform mRNA.
Hier ein Link zum Video „Translation“:
https://www.sofatutor.com/biologie/videos/translation
Selbstverständlich kannst du auch gerne unsere Suchfunktion nutzen und so weitere Videos zur „Proteinbiosynthese“ und „Translation“ finden.
Ich hoffe, das hilft dir weiter.
Beste Grüße aus der Redaktion
Aber jetzt sehe ich doch garnicht wie man mRNA übersetzt?
Hallo Andschana R.,
bitte beschreibe genauer, was du nicht verstanden hast.
Gerne kannst du dich auch an den Hausaufgaben-Chat wenden, der von Montag bis Freitag von 17 bis 19 Uhr für dich da ist.
Ich hoffe, dass wir dir weiterhelfen können.
Beste Grüße aus der Redaktion
die übungsaufgaben habe ich nciht verstanden
Hallo J. Kamali,
es freut uns, dass dir das Video gefallen hat.
Bitte beschreibe das nächste Mal genauer, was du nicht verstanden hast. Gib beispielsweise die konkrete Stelle im Video mit Minuten und Sekunden an.
Meinst du, ob das Codon oder die entstehende Aminosäuresequenz unendlich lang ist?
Beides ist nicht unendlich lang.
Ein Codon besteht immer aus drei aufeinanderfolgenden Nucleotiden, ist also nicht unendlich lang. Da der genetische Code kommafrei und nicht überlappend ist, lässt sich mit Hilfe der Code-Sonne eindeutig ein Codon einer Aminosäure oder dem Stopp-Codon zuordnen.
Die Translation beginnt mit dem Startcodon mit den drei Basen Adenin, Uracil und Guanin (AUG), welches gleichzeitig die genetische Information für die Aminosäure Methionin enthält. Jede Aminosäuresequenz beginnt daher mit Methionin. Das sogenannte Stopp-Codon codiert für keine Aminosäure und führt zum Abbruch einer Translation. Somit sind sowohl der Anfang als auch das Ende der Translation durch den genetischen Code festgelegt.
Ich hoffe, ich konnte dir weiterhelfen.
Falls du noch weitere Fragen hast, helfen dir gerne unsere LehrerInnen des Hausaufgabenchats weiter. Der Chat ist von Montag bis Freitag zwischen 17-19 Uhr für dich da.
Beste Grüße aus der Redaktion