RNA-Reifung und der genetische Code: Spleißen, Codons und Merkmale

Zusammenfassung

Das Dokument erklärt die posttranskriptionelle Reifung der RNA bei Prokaryoten und Eukaryoten, insbesondere das Entfernen von Introns durch Spleißen. Außerdem werden die Entdeckung und die Merkmale des genetischen Codes behandelt, etwa seine Universalität, Degeneriertheit und Eindeutigkeit.

Kernpunkte

Bei Prokaryoten werden lange primäre Transkripte von spezialisierten Enzymen in kleinere tRNA- und rRNA-Moleküle geschnitten.
Bei Eukaryoten werden Introns entfernt und Exons durch Spleißen mithilfe von snRNPs zusammengefügt.
Ein einzelnes Gen kann durch unterschiedliche Intron-Entfernung verschiedene Proteine ergeben.
Drei aufeinanderfolgende Basen (Codon) kodieren eine Aminosäure; es gibt 64 Codons.
Der genetische Code ist universal, degeneriert, eindeutig und kommafrei sowie nicht überlappend.
Nirenberg und Matthaei (1961) wiesen nach, dass RNA die Proteinsynthese steuert.

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Die Reifung der RNA

Dies wird als posttranskriptionelle Reifung bezeichnet.

Prokaryoten

Die RNA von Prokaryoten kann direkt übersetzt werden. Bei der Transkription der DNA-Codierung für tRNA und rRNA bildet sich ein langes RNA-Molekül, das mehrere Kopien der rRNA- oder tRNA-Sequenzen enthält. Dieses lange primäre Transkript wird dann von spezialisierten Enzymen in kleinere Fragmente geschnitten, um die unterschiedlichen tRNA- und rRNA-Moleküle zu erhalten. Sie sind erst nach diesem Schnittvorgang funktionsfähig.

Eukaryotische Organismen

Die meisten Gene, die Proteine kodieren, sind fragmentiert. Das primäre mRNA-Transkript besteht aus Introns und Exons. Die Reifung erfolgt durch die Beseitigung der Introns und das Zusammenfügen der Exons mittels Spleißen (Splicing). Dies erfordert das Vorhandensein von Enzymen, den sogenannten small nuclear Ribonukleoproteinen (snRNPs).

Der Prozess beginnt, wenn beim Spleißen Intron-Sequenzen Schleifen bilden, die die Enden der Exons annähern. Anschließend werden die Introns herausgeschnitten und die Exons zusammengefügt, sodass eine mRNA entsteht, die den Zellkern verlassen kann.

Introns existieren nicht in Prokaryoten. Ihre genaue Rolle in Eukaryoten ist noch nicht vollständig geklärt, jedoch weiß man, dass ein einzelnes Gen auf unterschiedliche Weise prozessiert werden kann, je nachdem, welche Introns entfernt werden. So können aus einem einzigen Gen verschiedene Proteine gewonnen werden. Während viele Bakterien keine Introns besitzen, weisen Mitochondrien diese auf.

Die Entdeckung des genetischen Codes

Die Nukleotidsequenz der RNA kann in eine Aminosäuresequenz übersetzt werden.

Der genetische Code ist ein System von Zeichen und Vorschriften zur Informationsübertragung. Er beschreibt die Korrespondenz zwischen den stickstoffhaltigen Basen der RNA und den kodierten Aminosäuren. Es ist das „Wörterbuch“, mit dem die Übersetzung durchgeführt wird.

Einige Meilensteine des Prozesses waren:

Entschlüsselung des Codes: Drei Basen kodieren eine Aminosäure. Ein Codon besteht aus drei stickstoffhaltigen Basen der mRNA (3 Basen = 1 Aminosäure).
Severo Ochoa (1955): Arbeiten an einem Enzym, das die Synthese einer mRNA ohne DNA-Vorlage katalysiert.
Nirenberg und Matthaei (1961): Nachweis, dass RNA die Proteinsynthese steuert.

Merkmale des genetischen Codes

Alle Lebewesen teilen denselben genetischen Code, der die gesamte in der DNA gespeicherte Information umfasst. Die 64 Codons identifizieren Aminosäuren und enthalten Signale für den Start und das Ende der Proteinsynthese.

Merkmale des genetischen Codes:

Universal: Er wird von allen bekannten Organismen geteilt. Ausnahmen bilden Mitochondrien, manche Bakterien und Protozoen, die einen leicht abweichenden Code besitzen.
Degeneriert: Die meisten Aminosäuren (außer Methionin und Tryptophan) werden durch mehr als ein Codon kodiert.
Eindeutig: Ein Codon kodiert niemals für mehr als eine Aminosäure.
Kommafrei und nicht überlappend: Die Basentripletts werden linear und stetig gelesen, ohne Kommas, Leerzeichen oder Austausch von Basen. Die Leserichtung ist eindeutig.

Häufige Fragen

Was ist posttranskriptionelle Reifung der RNA?

Es ist die Verarbeitung der primären RNA-Transkripte nach der Transkription, bei der sie für ihre Funktion vorbereitet werden. Bei Eukaryoten gehört dazu vor allem das Entfernen von Introns und das Zusammenfügen der Exons.

Was ist ein Codon?

Ein Codon besteht aus drei stickstoffhaltigen Basen der mRNA und kodiert eine bestimmte Aminosäure. Insgesamt gibt es 64 Codons.

Warum wird der genetische Code als degeneriert bezeichnet?

Die meisten Aminosäuren werden durch mehr als ein Codon kodiert. Ausnahmen sind Methionin und Tryptophan, die nur durch ein Codon kodiert werden.