Proteinbiosynthese

Ein Gen ist ein Abschnitt der DNA, der die Information für ein Protein enthält. Diese Information steckt in der Reihenfolge der vier Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Proteine bestehen dagegen aus Aminosäuren, von denen es 20 verschiedene gibt. Die Zelle muss also eine Basenfolge in eine Aminosäurefolge übersetzen. Das geschieht in zwei Schritten, zusammen Proteinbiosynthese genannt.

Die Übersetzung folgt dem genetischen Code. Je drei aufeinanderfolgende Basen der mRNA, ein Codon oder Triplett, stehen für eine Aminosäure. Mit vier Basen ergeben sich 4 · 4 · 4 = 64 Tripletts – mehr als genug für 20 Aminosäuren. Deshalb werden die meisten Aminosäuren von mehreren Tripletts codiert; man sagt, der Code ist degeneriert. Das Codon AUG ist das Startcodon und codiert Methionin, UAA, UAG und UGA sind Stoppcodons. Der Code ist nahezu universell: Bakterien, Pflanzen und Menschen lesen ihn gleich.

Ein typischer Fehler: Beim Umschreiben der DNA in mRNA wird T statt U eingesetzt. RNA enthält aber kein Thymin, sondern Uracil. Liegt auf dem codogenen DNA-Strang ein A, steht in der mRNA also ein U. Außerdem wird oft der falsche Strang abgelesen: Die mRNA ist komplementär zum codogenen Strang und entspricht damit – bis auf U statt T – dem anderen, dem codierenden Strang.

Neben der Uracil-Verwechslung ist der zweithäufigste Fehler, den falschen DNA-Strang direkt abzulesen. Manche Schüler übertragen den codogenen Strang eins zu eins in mRNA-Basen, ohne die Basenpaarungsregel A-U und G-C anzuwenden. Ergebnis ist dann eine mRNA, die nicht komplementär, sondern identisch zum codogenen Strang ist – das ist falsch, weil die RNA-Polymerase den Strang abliest und dabei den passenden Gegenstrang erzeugt.

Ein weiterer Fehler ist, das Startcodon zu übersehen oder falsch zu setzen. Die Übersetzung beginnt immer bei AUG, auch wenn davor auf der mRNA noch weitere Basen liegen, die nicht übersetzt werden. Wer die Tripletts einfach vom Anfang der Sequenz an bildet, statt beim Startcodon zu beginnen, verschiebt den gesamten Leseraster und erhält eine völlig falsche Aminosäurefolge.

Auch wenn Transkription und Translation im Biologieunterricht abstrakt wirken, betreffen sie sehr praktische Dinge. Insulin, das Menschen mit Diabetes spritzen, wird heute gentechnisch von Bakterien hergestellt: Das menschliche Insulin-Gen wird in Bakterien eingeschleust, die dann mit ihrer eigenen Proteinbiosynthese-Maschinerie das menschliche Protein herstellen – ein direkter Beweis dafür, wie universell der genetische Code ist.

Auch mRNA-Impfstoffe nutzen genau dieses Prinzip: Sie schleusen eine künstlich hergestellte mRNA in Körperzellen ein, die dort ganz normal an den Ribosomen abgelesen wird. Die Zelle produziert daraufhin ein virales Protein, gegen das das Immunsystem Antikörper bildet, ohne dass das Virus selbst jemals in den Körper gelangt. Für eine Vertiefung lohnt sich außerdem ein Blick auf Mutationen: Verändert sich eine einzige Base im Gen, kann sich dadurch ein Codon und damit die eingebaute Aminosäure ändern – bei der Sichelzellanämie etwa reicht der Austausch eines einzigen Basenpaares.