Entzifferung des Genocodes
DNA: 4 verschiedene Basen
Proteine: 20 verschiedene Aminosäuren
mind. 3 Nucleotide für die Codierung der AS. 4³ Möglichkeiten
Experiment:
Entzifferung des genetischen Codes durch:
Ochoa: hat ein Enzym isoliert, das in vitro aus Nucleotidtriphos-phaten
› Polyribonucleotide bildet.
Uridintriphospat › Poly U = künstliche mRNA (mRNA, welche nur aus U besteht)
Nierenberg und Matthaei: stellten Zellextrakt aus E. coli her, das folgendes
enthielt:
- gewaschene Ribosomen (keine mRNA mehr enthaltend)
- alle Enzyme
- tRNA
- 14C-markierte AS
- ATP, Mg2+
- + künstliche Poly U (künstliche mRNA)
Feststellung: Bei der Proteinsynthese wurde der Einbau
von Phenylalanin (mit 14C markiert!) ungefähr 1000mal gesteigert, als
wenn kein Poly U beigefügt wurde.
Schluss:
UUU = Phe (UUU codiert für Phe). 1. Codewort bekannt
Auf diese Weise wurde der genetische Code entziffert. Von 64 möglichen
Triplett-Codes sind alle verwirklicht, wobei aber meistens mehrere Tripletts
für eine AS codieren.
Degeneration des genetischen Codes: Mehrere Sequenzen codieren für
eine AS (z.B. 6 Möglichkeiten für Leu!). Die dritte Stelle ist
oft variabel. Wenn eine Mutation an der 3. Stelle auftritt, wird sie nicht
bemerkt!
Ablesung
Es existieren natürliche Start- und Stopsignale der Translation:
Start: AUG codiert für Methionin, (wird später
ev. wieder enzymatisch entfernt)
Stop: UAA ochr, UAG omber Abbruch der Peptidkette, UGA
opal
Der Code ist nicht überlappend und kommafrei
Beweis: Das Polyribonucleotid (AAG)n liefert in vitro kein Startsignal.
Bei der Proteinsynthese entsteht deshalb je nach Start:
Ausnahmen: Bakteriophage: teilweise Überlappung, DNA-Sequenz für
zwei verschiedene Proteine
nur 2 - 5% des Genoms werden für Codierung der AS benutzt;
Rest unklar
Kolinearität
Basenreihenfolge im DNA-Code entspricht der AS-Folge im Protein
Beweis: Yanofsky: untersuchte Mutationen der Tryptophansynthese
bei E. coli
Im betreffenden Gen hat er ca. 10 verschiedene Mutationen gefunden. Er
konnte feststellen, dass die Reihenfolge der Mutationsorte mit der Reihenfolge
der Substitutionen übereinstimmte.
Die Abstände stimmen nicht immer überein (weil Genkarte ungenau),
doch die Reihenfolge stimmt überein.
Sind die Mutationsorte innerhalb eines Gens bekannt, so lassen sich in
linearer Reihenfolge entsprechende Änderungen bei den AS feststellen.
Höhere Organismen haben ebenfalls Kolinearität, doch weisen
sie noch Introns auf.
Ein Intron ist eine DNA-Sequenz im Cistron, die auf der translkribierten
mRNA fehlt.
Intron: introgenic region
Die DNA-Sequenzen, die transkribiert werden, heissen Exon.
Exon: expressed region.
Die Introns werden herausgeschnitten: Processing (=splicing) der mRNA
Die Gene sind zerstückelt in Exons durch verschiedene Introns. Die
Exons müssen durch 3 teilbar sein; die Introns nicht unbedingt, da
sie ja nicht für eine AS codieren. Introns sind Relikte der Evolution.
Degeneration
Die Tatsache, dass verschiedene Tripletts für die gleiche AS codieren,
ist ein Zeichen der Degeneration.
Z.B. Serindegeneration UCU, UCC, UCA, UCG
Die Degeneration ist nicht zufällig: immer die ersten 2 Nucleotide
sind entscheidend.
16 verschiedene Möglichkeiten
Diese genügen nicht, da es 20 AS gibt
Annahme: es hat eine Evolution stattgefunden: Zuerst hat sich ein binärer
Code entwickelt. Da dieser offensichtlich nicht genügte, musste der
Zweier-Code in einen Dreier-Code umgewandelt werden.
Ausnahme: AUG Methionin
Universalität
Viren, Bakterien, Pflanzen, Tiere und Menschen verwenden denselben Gencode!
Beweis: 1. Impfung von Kaninchen-Hb-mRNA in eine Eizelle
von Xenopus laevis
› Das Amphibiensystem synthetisiert Kaninchenhämoglobin. Der
Informationsgehalt der Kaninchen-mRAN wird also vom Cytoplasma des X. laevis
verstanden.
2. Zellfreies System aus Kaninchen Reticulocyten (Vorläufer der Erythrocyten)
E. coli tRNA erkennen den Kaninchen-Code
Ausnahmen: Die mitochondriale DNA hat einen unterschiedlichen
Gencode
(weitere Ausnahmen: Paramecium, Mycoplasma)
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