7.1 : The Central Dogma

Das zentrale Dogma erklärt den Fluss genetischer Information von DNA-Nukleotiden zur Aminosäuresequenz von Proteinen.

RNA ist das fehlende Bindeglied zwischen DNA und Proteinen

In den frühen 1900er Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass die DNA alle Informationen speichert, die für zelluläre Funktionen benötigt werden, und dass Proteine die meisten dieser Funktionen erfüllen. Die Mechanismen, mit denen genetische Informationen in funktionsfähige Proteine umgewandelt werden, blieben jedoch viele Jahre lang unbekannt. Anfangs ging man davon aus, dass ein einzelnes Gen direkt in sein kodiertes Protein umgewandelt wird. Zwei entscheidende Entdeckungen in eukaryotischen Zellen stellten diese Theorie in Frage. Erstens findet die Proteinproduktion nicht im Zellkern statt. Zweitens ist die DNA außerhalb des Zellkerns nicht vorhanden. Diese Erkenntnisse gaben den Anstoß für die Suche nach einem Zwischenmolekül, das die DNA mit der Proteinproduktion verbindet. Es stellte sich heraus, dass es sich bei diesem Zwischenmolekül um RNA handelt.

RNA wird im Zellkern synthetisiert, wobei die DNA als Vorlage dient. Die neu synthetisierte RNA ähnelt in ihrer Sequenz dem DNA-Strang, mit dem Unterschied, dass Thymin durch Uracil ersetzt wird. In Eukaryoten wird dieses primäre Transkript weiterverarbeitet, wobei die nicht-kodierenden Proteinregionen entfernt, das 5'-Ende verschlossen und ein 3'-Poly-A-Schwanz hinzugefügt wird, um reife mRNA zu erzeugen, die dann in das Zytoplasma exportiert wird.

Der genetische Code ist redundant

Proteine werden in Eukaryoten aus 20 Aminosäuren gebildet. Die Kombination von vier Nukleotiden in Dreiersätzen liefert 64 (43) mögliche Codons. Das bedeutet, dass mehr als ein Codon für eine einzelne Aminosäure kodieren kann. Daher wird der genetische Code als redundant oder entartet bezeichnet. Oft, aber nicht immer, unterscheiden sich Codons, die die gleichen Aminosäuren spezifizieren, nur im dritten Nukleotid des Tripletts. Zum Beispiel repräsentieren die Codons GUU, GUC, GUA und GUG alle die Aminosäure Valin. AUG ist jedoch das einzige Codon, das die Aminosäure Methionin repräsentiert. Das Codon AUG ist auch das Codon, in dem die Proteinsynthese beginnt und wird daher als Startcodon bezeichnet. Redundanz im System minimiert die schädlichen Auswirkungen von Mutationen. Zum Beispiel könnte eine Veränderung an der dritten Position des Codons die kodierte Aminosäure nicht notwendigerweise verändern, wodurch keine Veränderung der Proteinfunktionalität verursacht wird.

Der genetische Code ist universell

Mit wenigen Ausnahmen verwenden die meisten prokaryotischen und eukaryotischen Organismen denselben genetischen Code für die Proteinsynthese. Diese Universalität des genetischen Codes hat Fortschritte in der wissenschaftlichen Forschung auf dem Gebiet der Landwirtschaft und Medizin ermöglicht. Zum Beispiel kann Humaninsulin jetzt in großem Maßstab in Bakterien mit Hilfe der rekombinanten DNA-Technologie hergestellt werden. Bei der rekombinanten DNA-Technologie wird genetisches Material von verschiedenen Arten verwendet. Gene, die für menschliches Insulin kodieren, werden mit bakterieller DNA verbunden und in eine Bakterienzelle eingefügt. Die Bakterienzelle führt dann die Transkription und Translation durch, um das menschliche Insulinprotein zu produzieren, das Diabetes bei Patienten behandeln kann.