Der genetische Code

Das Regelwerk, das jedes Drei-Buchstaben-Codon von Nukleotiden einer Aminosäure oder einem Stoppsignal zuordnet, und die Experimente, die es entschlüsselt haben.

Definition

Der genetische Code ist die Entsprechung zwischen den 64 Nukleotid-Tripletts (Codons) der Messenger-RNA und den 20 Standardaminosäuren plus translationalen Stoppsignalen, die in einem festen Rahmen gelesen werden, um die Sequenz eines Proteins zu spezifizieren.

Scope

Dieses Thema behandelt die Struktur und Eigenschaften des genetischen Codes: seine Triplett-, nicht-überlappende, kommafreie Lesart; Codon-Aminosäure-Zuordnungen einschließlich Start- und Stoppcodons; Degeneration und Wobble; den Leserahmen; und die nahezu universelle Gültigkeit des Codes mit seinen bekannten Ausnahmen. Es behandelt den Code selbst; die Maschinerie, die ihn liest, wird in begleitenden Themen über das Ribosom und die tRNA behandelt.

Core questions

• Wie wurde festgestellt, dass der Code in nicht-überlappenden Tripletts gelesen wird?
• Wie wurden einzelne Codons Aminosäuren zugeordnet?
• Warum hat der Code mehr Codons als Aminosäuren, und was ist Wobble?
• Wie universell ist der Code, und welche Ausnahmen gibt es?

Key theories

Triplett, nicht-überlappender Code

Genetische Informationen werden in aufeinanderfolgenden Dreiergruppen von Nukleotiden ohne Überlappung gelesen, sodass ein definierter Leserahmen bestimmt, welche Codons gelesen werden; Frameshifts verfälschen die Nachricht stromabwärts.

Degeneration und Wobble

Die meisten Aminosäuren werden durch mehrere synonyme Codons kodiert, die in der Regel ihre ersten beiden Positionen teilen, und eine flexible Paarung an der dritten Codonposition (Wobble) ermöglicht es einer einzelnen tRNA, mehr als ein Codon zu lesen.

Mechanisms

Der Code wurde durch die Translation synthetischer RNAs in zellfreien Systemen entschlüsselt: Eine Poly(U)-Matrize steuerte die Synthese von Polyphenylalanin, wodurch UUU dem Phenylalanin zugeordnet wurde, und die systematische Verwendung definierter Polymere und Tripletts ordnete die restlichen Codons zu. Die 64 Codons umfassen 61 Sense-Codons, die Aminosäuren spezifizieren, und 3 Stoppcodons; ein einzelnes Startcodon legt auch den Leserahmen fest. Die Degeneration konzentriert synonyme Codons so, dass Änderungen an der dritten Position oft stumm sind, und die Wobble-Paarung spart die Anzahl der benötigten tRNAs ein.

Clinical relevance

Da Leserahmen und Codon-Identität die Proteinsequenz bestimmen, haben Punktmutationen, Nonsense-Mutationen und Frameshifts vorhersehbare Konsequenzen für Proteinprodukte und liegen vielen genetischen Erkrankungen zugrunde; dargestellt als Bedeutung, nicht als klinische Leitlinie.

History

Nirenberg und Matthaeis Poly(U)-Experiment von 1961 führte zur ersten Codon-Zuordnung; Khoranas definierte Polymere, Holleys tRNA-Sequenzierung und Cricks Adapter- und Wobble-Vorschläge vervollständigten den Code, der 1968 mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin gewürdigt wurde.

Key figures

• Marshall Nirenberg
• Har Gobind Khorana
• Francis Crick
• Robert Holley

Seminal works

• nirenberg1961
• watson2013

Frequently asked questions

Wie viele Codons gibt es und was kodieren sie?

Es gibt 64 Codons: 61 spezifizieren Aminosäuren und 3 sind Stoppsignale; ein Codon dient auch als üblicher Start, der den Leserahmen festlegt.

Was ist Wobble?

Flexible Basenpaarung an der dritten Codonposition, die es einer Transfer-RNA ermöglicht, mehrere synonyme Codons zu erkennen, wodurch die Anzahl der von einer Zelle benötigten tRNAs reduziert wird.