Grundlagen der Gentechnik
Der genetische Code
Die Erbsubstanz DNA kann relativ einfach aus biologischem Material isoliert werden. Das Foto zeigt ein Reagenzglas mit DNA: Sie ist mehr oder weniger farblos und von gallertiger Beschaffenheit.
Die Erbinformation ist in Form von Genen gespeichert. Ein Gen ist ein bestimmter Abschnitt auf der DNA mit einer definierten Abfolge von Basenpaaren. Es enthält die Instruktionen für die Bildung eines Proteins .
Die Gesamtheit aller Gene einschließlich der Regulationsregionen sowie der DNA-Bereiche, denen bisher noch keine Funktion zugeordnet werden kann, bezeichnet man als Genom. Die Größe des Genoms nimmt im allgemeinen von Viren über Bakterien zu den Eukaryonten zu. Von der Größe des Genoms kann allerdings nicht auf die Anzahl der Gene oder den Organisationsgrad eines Organismus geschlossen werden.
Als Beispiel die Erbinformation einiger Organismen:
Lebewesen = Anzahl Basenpaare (Bp)
Bakterium Escherichia coli = 4,2 Millionen Bp
Mensch = 3,3 Milliarden Bp
Weizen =17,0 Milliarden Bp
Proteine sind ähnlich wie die DNA aus einzelnen Bausteinen, den Aminosäuren, aufgebaut. Es gibt 20 solcher natürlich vorkommender Bausteine, die im Protein wie eine Perlenschnur aufgereiht sind. Diese "Perlenschnüre" ergeben im Raum, je nach Zusammensetzung und Einsatzzweck ganz unterschiedliche dreidimensionale Gebilde. Die Anleitung, in welcher Reihenfolge die einzelnen Aminosäuren miteinander verbunden werden müssen, damit ein funktionsfähiges Protein entsteht, ist in der DNA in verschlüsselter Form gespeichert.
Leserichtung der Codons von innen nach außen
*Aminosäuren mit Sternchen sind durch 6 Codons spezifiziert
In der ausgewählten Darstellung werden als Nukleoside der RNA-Bausteine benutzt, da die mRNA als Matrize zur Proteinsynthese dient. Würde man die DNA-Symbolik bevorzugen, so müßte Uridin (U) durch Desoxythymidin (T) ersetzt werden.
Die Buchstaben des genetischen Codes sind die vier Basen A, T (U), G und C. Die verschiedenen Kombinationen aus jeweils drei Basen (Basentriplett, Codon) bilden das Vokabular mit insgesamt 64 (4³) "Wörtern". Jedes "Wort" bezeichnet eine bestimmte Aminosäure.
Die Abbildung stellt in drei konzentrischen Kreisen die 64 Kombinationsmöglichkeiten der vier verschiedenen Basen und die Zuordnung der jeweiligen Aminosäuren bzw. der Start- und Stopsignale dar.
Da aber 20 Aminosäuren 64 Basentripletts gegenüberstehen, gibt es mehrfache Zuordnungen. Bestimmte Tripletts erfüllen auch andere Funktionen. So beginnen sämtliche Sätze in der genetischen Sprache mit demselben"Wort" (ATG). Für das Satzende, sozusagen den Punkt, gibt es dagegen drei verschiedene Signale, sog. Stoppcodons.
Alle Organismen, gleich ob Bakterien, Pflanzen, Tiere oder Menschen, sprechen und verstehen diese gemeinsame Sprache. Der genetische Code ist universell gültig.
Der Informationsgehalt eines Gens legt nicht nur fest, wie lang ein Protein sein und wie es aussehen soll, sondern auch, ob es überhaupt, wenn ja zu welchem Zeitpunkt, von welchem Zelltyp und in welchen Mengen, hergestellt wird.
Sogenannt Regulationssequenzen enthalten diese Zusatzinformationen und regeln damit auch die vererbbaren Eigenschaften.
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