Genetischer Code

Der genetische Code ist eine Anleitung, nach der Dreiergruppen - Tripletts oder Codons - aufeinanderfolgender Nukleotide (oder Basen) während der Protein-Biosynthese in Aminosäuren übersetzt werden.

Während dieses Prozesses werden die Basen der DNA eines Gens zunächst in ein mRNA-Molekül umgeschrieben (Transkription); danach können bestimmte Teile dieser mRNA gezielt entfernt werden (Spleißen). Schließlich, während der Translation, werden die Aminosäuren der zu den Codons passenden tRNAs miteinander zu einer Polypeptidkette verknüpft. Einige Codons stehen nicht für eine Aminosäure, sondern werden als STOPP-Zeichen behandelt, welches die Translation beendet.

So gut wie alle Lebewesen benutzen den selben genetischen Code. Die gebräuchlichste Version ist in den folgenden Tabellen angegeben. Sie zeigen, welche Aminosäuren von den 4³=64 möglichen Codons kodiert werden (Tabelle 1), und welche Codons jede der 20 in der Translation verwendeten Aminosäuren kodieren (Tabelle 2). So steht zum Beispiel GAU für die Aminosäure Asp (Asparagin), und Cys (Cystein) wird von den Codons UGU und UGC kodiert. Die in der Tabelle verwendeten Basen sind Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil der mRNA; in der DNA wird statt Uracil Thymin verwendet.

**Tabelle 1 :** Codon-Tabelle. Diese Tabelle zeigt die 64 möglichen Codon-Tripletts.
		U	C	A	G
		2. Base
1. Base	U	UUU Phenylalanin UUC Phenylalanin UUA Leucin UUG Leucin	UCU Serin UCC Serin UCA Serin UCG Serin	UAU Tyrosin UAC Tyrosin UAA Stop UAG Stop	UGU Cystein UGC Cysteine UGA Stop UGG Tryptophan
	C	CUU Leucin CUC Leucin CUA Leucin CUG Leucin	CCU Prolin CCC Prolin CCA Prolin CCG Prolin	CAU Histidin CAC Histidin CAA Glutamin CAG Glutamin	CGU Arginin CGC Arginin CGA Arginin CGG Arginin
	A	AUU Isoleucin AUC Isoleucin AUA Isoleucin ¹AUG Methionin	ACU Threonin ACC Threonin ACA Threonin ACG Threonin	AAU Asparagine AAC Asparagine AAA Lysine AAG Lysine	AGU Serin AGC Serin AGA Arginin AGG Arginin
	G	GUU Valin GUC Valin GUA Valin GUG Valin	GCU Alanin GCC Alanin GCA Alanin GCG Alanin	GAU Asparaginsäure GAC Asparaginsäure GAA Glutaminsäure GAG Glutaminsäure	GGU Glycin GGC Glycin GGA Glycin GGG Glycin

¹Das Triplett AUG dient sowohl als Codon für Methionin als auch als Startsignal der Translation; das erste AUG-Triplett auf der mRNA wird das erste Codon, das zu Protein translatiert wird.

**Tabelle 2 :** Umgekehrte Codon-Tabelle. Diese Tabelle zeigt die 20 Aminosäuren, die in Proteinen verwendet werden, und die Codons, die für sie kodieren.
Ala	GCU, GCC, GCA, GCG	Leu	UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG
Arg	CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG	Lys	AAA, AAG
Asn	AAU, AAC	Met	AUG
Asp	GAU, GAC	Phe	UUU, UUC
Cys	UGU, UGC	Pro	CCU, CCC, CCA, CCG
Gln	CAA, CAG	Ser	UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC
Glu	GAA, GAG	Thr	ACU, ACC, ACA, ACG
Gly	GGU, GGC, GGA, GGG	Trp	UGG
His	CAU, CAC	Tyr	UAU, UAC
Ile	AUU, AUC, AUA	Val	GUU, GUC, GUA, GUG
START	AUG, GUG	STOP	UAG, UGA, UAA

Den drei STOP-Codons wurden ursprünglich Namen gegeben - UAG war amber (bernsteinfarben), UAG war opal, und UAA war ocker. Die Namen gehen zurück auf die Gene, bei denen das jeweilige Codon zuerst durch Mutation entdeckt wurde.

Die Translation beginnt mit einem Kettenstarter- oder START-Codon, aber dies alleine ist nicht ausreichend, und den Prozess zu beginnen. Bestimmte Initiationssequenzen nahe des START-Codons sind ebenfalls notwendig, um die Transkription in mRNA und deren Bindung am Ribosom herbeizuführen. Das wichtigste Startcodon ist AUG, das auch für Methionin codiert. CUG und UUG, sowie GUG und AUU in Prokaryoten, funktionieren ebenfalls.

Der genetische Code enthält eine rudimentäre Fehlerkorrektur. Viele Codons, die sich nur in einer Base unterscheiden, kodieren für die selbe Aminosäure; das gilt besonders für die letzte (dritte) Base eines Codons, das diese bei der Translation am häufigsten falsch gelesen wird. Darüber hinaus haben Aminosäuren, die häufiger in Proteinen vorkommen als andere, mehr Codons, die für sie kodieren.

Universalität des Codes

Grundprinzip

Bemerkenswert ist, dass der genetischer Code im Prinzip für alle Lebewesen grundsätzlich das gleiche ist und alle Lebewesen die gleiche "genetische Sprache" sprechen. Das heißt, ein bestimmtes Codon steht immer für die gleiche Aminosäure. Deswegen ist es möglich, in der Gentechnik z.B. das Gen für menschliches Insulin in Bakterien einzuschleusen, damit diese Insulin produzieren. Dieses Prinzip wird als "Univeralitär des Codes" bezeichnet. Dies erklärt sich aus der Evolution so, dass der genetische Code schon sehr früh in der Entwicklungsgeschichte des Lebens ausgestaltet und an alle sich entwickelnden Arten weitergegeben wurde.

Ausnahmen

Es gibt jedoch Ausnahmen von dieser Regel:

So wird in den Mitochondrien, energieumsetzenden Organellen, die vermutlich von symbiotischen Bakterien abstammen, und die eine eigene Erbsubstanz (neben der DNA des Zellkerns) tragen, eine leicht abgewandelte Form des Codes benutzt.

Auch die Ciliaten zeigen Abweichungen vom Standard-Code: UAG, und häufig auch UAA, kodieren für Glutamin; diese Abweichung findet sich auch in einigen Grünalgen. UGA steht auch manchmal für Cystein.

Eine weitere Variante findet sich in der Hefe Candida, wo CUG für Serin kodiert.

Des weiteren gibt es einige Varianten von Aminosäuren, die von Bakterien und Archaea verwendet werden; UGA kann für Selenocystein und UAG für Pyrrolysin kodieren.

Es ist nicht auszuschließen, dass noch weitere Codierungs-Varianten existieren, die bislang noch nicht entdeckt wurden.