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Abfolgen von Basen in DNA und mRNA lassen sich in Aminosäuren übersetzen. Aber wie soll man dabei den Überblick behalten? Keine Sorge, dafür gibt es die Codesonne!
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Die Codesonne ist ein Hilfsmittel, mit dem man ganz einfach eine Abfolge von Basen in eine Aminosäure übersetzen kann. Das Schema ermöglicht es, bei bekannter DNA-Sequenz auf die Zusammensetzung des auf ihrer Grundlage synthetisierten Proteins zu schließen.
Wie Du sicher weißt, ist die Erbinformation von Lebewesen in deren DNA gespeichert. Genauer gesagt wird die Ausprägung verschiedenster Merkmale eines Lebewesens (wie die Farbe Deiner Augen) durch bestimmte DNA-Abschnitte bestimmt. Diese DNA-Abschnitte nennt man Gene. Die Basensequenz dieses DNA-Abschnitts bildet eine Art „Bauplan“ für ein ganz bestimmtes Protein. Dieses Protein steuert dann verschiedene Reaktionen im Körper, die zu der Ausprägung eines Merkmals führen.
Der Vorgang, bei dem anhand der Basensequenz der DNA ein Protein entsteht, nennt man Proteinbiosynthese. Sie besteht aus zwei Phasen: Transkription und Translation.
Du würdest gern Dein Wissen zur Proteinbiosynthese auffrischen? Dann schau doch bei Artikeln zum Thema vorbei!
In der Transkription wird das Gen abgelesen und seine Basensequenz in sogenannte mRNA umgeschrieben.
mRNA steht für messenger-Ribonukleinsäure. Wie der Name schon sagt, übernimmt sie in der Zelle eine Botenfunktion. Auf ihr wird die genetische Information der DNA zwischengespeichert, bevor sie in ein Protein übersetzt wird.
Die mRNA ist außerdem einzelsträngig.
In der doppelsträngigen DNA kommen vier verschiedene Basen vor: Adenin (A), Guanin (G), Thymin (T) und Cytosin (C). Zu jeder dieser Basen ist eine andere komplementär. Das bedeutet, dass Basenpaare entstehen, die sich z. B. im DNA-Doppelstrang gegenüberliegen und miteinander interagieren. Konkret handelt es sich immer um Adenin und Thymin, sowie Guanin und Cytosin.
Auch für die Transkription sind die Basenpaarungen von Bedeutung. Befindet sich auf dem DNA-Abschnitt beispielsweise die Base Guanin, so wird in der mRNA nicht ebenfalls Guanin, sondern Cytosin eingebaut.
Achtung! In der mRNA befindet sich statt Thymin die Base Uracil (U). Sie entspricht dann auch der komplemantären Base zu Adenin.
Bei der DNA unterscheidet man zwischen dem codogenen Strang (Matrizenstrang) und dem codierenden Strang. Bei der Transkription wird der codogene Strang abgelesen, sodass die entstehende mRNA komplementär zu ihm ist. Am Ende entspricht die Sequenz auf der mRNA also, abgesehen vom Vorkommen von Uracil, dem codierenden Strang.
In der Translation dient die mRNA als Vorlage für die Verkettung verschiedener Aminosäuren zu einem Protein. Die Eigenschaften der enthaltenen Aminosäuren bestimmen dann Faltung und spezifische Funktion des Proteins.
Wie genau die Abfolge von Basen den Aufbau eines Proteins bestimmt und wie Du die Codesonne benutzt, erfährst Du gleich im Anschluss.
Drei aufeinanderfolgende Basen der DNA bzw. mRNA, auch Triplett oder Codon genannt, codieren für eine Aminosäure. Das bedeutet, dass eine bestimmte Abfolge von drei Basen genau einer Aminosäure zuzuordnen ist. Da vier verschiedene Basen in der mRNA vorkommen (Adenin, Uracil, Guanin und Cytosin), ergeben sich somit 64 verschiedene Kombinationsmöglichkeiten (43).
Neben normalen Codons, die für eine bestimmte Aminosäure im Protein codieren, gibt es noch einige Tripletts mit besonderen Funktionen.
Drei der Codons sind sogenannte Stopp-Codons.
Stopp-Codons codieren für keine Aminosäure, sondern bilden ein Signal für das Ende der Translation.
Die Stopp-Codons sind:
Die restlichen 61 Codons codieren für die 20 verschiedenen Aminosäuren. Fast jede Aminosäure wird also von mehr als einem Codon codiert, der genetische Code ist degeneriert.
Außerdem gibt es noch das Start-Codon AUG.
Das Start-Codon markiert den Beginn der Translation und codiert für die Aminosäure Methionin.
Zwischen Start- und Stopcodon reihen sich Codons direkt aneinander, der genetische Code ist kommafrei. Das bedeutet, dass es keine Zeichen gibt, die Codons voneinander trennen. Da es auch keine Überlappungen zwischen Codons gibt, ist dies nicht nötig. Die Basen 1-3 codieren für die erste Aminosäure des Proteins, die Basen 4-6 für die nächste, und so weiter.
Außerdem ist der genetische Code universell. Das bedeutet, dass jedes Codon bei allen Lebewesen für die gleiche Aminosäure codiert (bis auf wenige Ausnahmen). Daher ist die Codesonne, die Du später kennenlernst, fast universell anwendbar.
Wie genau liest man nun Aminosäuresequenzen aus der Codesonne ab? Dazu ist es hilfreich, sich wieder in Erinnerung zu rufen, dass zuvor Transkription und Translation stattgefunden haben. Hier noch einmal eine kleine Zusammenfassung von den Prozessen der Proteinbiosynthese:
In der Codesonne kannst Du nun ablesen, welche Codons auf der mRNA für welche Aminosäure codieren. Genauso sind auch Start- und Stopp-Codons markiert.
Dass es sich in der Codesonne um Basen der mRNA handelt, kannst Du an der Base Uracil erkennen. Sie kommt nur in RNA, aber nicht in DNA vor.
Abbildung 1: Codesonne. Quelle: wikipedia.de
Die Codesonne ist von innen nach außen zu lesen. Da die Translation immer in 5‘ --> 3‘-Richtung stattfindet, ist die Codesonne von innen nach außen ebenfalls in 5‘ --> 3‘-Richtung dargestellt. Anhand der Codesonne kannst Du einfach überprüfen, für welche Aminosäure ein bestimmtes Codon codiert.
Veranschaulichen lässt sich dies anhand eines Beispiels:
Wir wollen die folgende Basensequenz des codogenen Strangs der DNA in die entsprechende Aminosäuresequenz eines Proteins übertragen. Dabei nehmen wir an, dass das Ablesen links beginnt.
Codogener Strang: TAC AGG TCT ATA AAC GCC ACTDer codierende Strang der DNA ist zur Basensequenz des codogenen Strangs komplementär.Codierender Strang: ATG TCC AGA TAT TTG CGG TGAWeil der codogene Strang abgelesen wird, entspricht die mRNA-Sequenz dem codierenden Strang, allerdings muss Thymin durch Uracil ersetzt werden.mRNA: AUG UCC AGA UAU UUG CGG UGAMithilfe der Codesonne kannst Du nun die Aminosäuresequenz ablesen:Aminosäuresequenz: Met - Ser - Arg - Tyr - Leu - Arg - Stopp
Für welche Aminosäuren die Abkürzungen in der Codesonne stehen, kannst Du der folgenden Tabelle entnehmen:
Abkürzung | Aminosäure | Abkürzung | Aminosäure |
Met | Methionin | Gly | |
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 |
Achte bei Aufgaben immer gut darauf, welcher DNA-Strang gegeben ist (codogener oder codierender Strang).
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Wie liest man die Code-Sonne ab?
Die Codesonne liest man von innen nach außen ab, also in in 5‘ --> 3‘-Richtung. Drei Basen (Codon) führen zu einer Aminosäure oder sind Stopp-Codons.
Was gibt die Code-Sonne an?
Die Codesonne gibt an, welche Basensequenz auf der DNA bzw. mRNA für welche Aminosäure codiert.
Was ist das Start Codon in der Code-Sonne?
Das Start-Codon in der Code-Sonne ist AUG. Es codiert gleichzeitig für die Aminosäure Methionin.
Wie liest man die mRNA ab?
Die mRNA wird in der Translation abgelesen. Dabei stehen jeweils drei aufeinanderfolgende Basen (Codon) für eine Aminosäure. Außerdem gibt es Start- und Stopp-Codons.
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Lily Hulatt ist Digital Content Specialist mit über drei Jahren Erfahrung in Content-Strategie und Curriculum-Design. Sie hat 2022 ihren Doktortitel in Englischer Literatur an der Durham University erhalten, dort auch im Fachbereich Englische Studien unterrichtet und an verschiedenen Veröffentlichungen mitgewirkt. Lily ist Expertin für Englische Literatur, Englische Sprache, Geschichte und Philosophie.
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Gabriel Freitas ist AI Engineer mit solider Erfahrung in Softwareentwicklung, maschinellen Lernalgorithmen und generativer KI, einschließlich Anwendungen großer Sprachmodelle (LLMs). Er hat Elektrotechnik an der Universität von São Paulo studiert und macht aktuell seinen MSc in Computertechnik an der Universität von Campinas mit Schwerpunkt auf maschinellem Lernen. Gabriel hat einen starken Hintergrund in Software-Engineering und hat an Projekten zu Computer Vision, Embedded AI und LLM-Anwendungen gearbeitet.
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