Die Aminosäuresequenz in Proteinen wird durch die Reihenfolge der Position der Desoxynukleotide in den Genen bestimmt, die für die Proteine kodieren, genauer gesagt durch die Reihenfolge der Ribonukleotide in mRNA-Transkripten. Die Informationsverbindung zwischen Nukleotid und Aminosäuresequenzen erfolgt über den genetischen Code. Eine Reihe von speziellen genetischen und biochemischen Experimenten wurden durchgeführt, um ein genetisches Wörterbuch zu erstellen. Es enthält auch Satzzeichen - den Anfang und das Ende der Bereiche, die Proteine kodieren. Abgesehen von geringfügigen Variationen bei der Verwendung mehrerer Nukleotide zur Kodierung spezieller Aminosäuren in Mitochondrien und einigen Infusionen ist das genetische Wörterbuch universell, d.h. eine bestimmte Sequenz von Nukleotiden setzt die gleiche Aminosäuresequenz für alle lebenden Organismen.
Das Vorhandensein eines solchen Kodierungssystems impliziert die Existenz eines Mechanismus zur Übersetzung von Informationen aus der Nukleotidsprache in die Aminosäuresprache. Wie zu erwarten ist, sind dieser Mechanismus und die Reaktionen bei der Übersetzung sehr komplex. Trotz der Unterschiede zwischen Pro- und Eukaryonten sowohl in Bezug auf die mRNA-Struktur als auch in der physikalischen Beziehung zwischen Genen und Translationsapparat verwenden beide Organismentypen sehr ähnliche Mechanismen zur Dekodierung genetischer Botschaften.
Die Aminosäuresequenz von Proteinen entspricht der Nukleotidsequenz der dafür kodierenden Gene.
Die Annahme über die Kollinearität von Nukleotid- und Aminosäuresequenzen gehörte zu den ersten in der Diskussion über die Natur des genetischen Codes. Solche Vermutungen ergaben sich, nachdem gezeigt wurde, dass sich viele Mutationen durch den Ersatz einer einzelnen Aminosäure in den Proteinen von Bakterien, Pflanzen oder Tieren manifestieren. Aber die Hypothese der Kollinearität blieb unbestätigt, bis gründliche genetische und biochemische Studien an gut charakterisierten Gen-Protein-Systemen durchgeführt wurden. So konnte beispielsweise gezeigt werden, dass die relative Position von Aminosäuresubstitutionen in der a-Untereinheit der Tryptophansinthetase E.-coli mit der relativen Lokalisation auf der Karte der entsprechenden Mutationen im trpA-Gen dieses Mikroorganismus übereinstimmt. Allerdings war es damals nicht möglich, die mutierte DNA zu isolieren und zu charakterisieren, so dass es unmöglich war, die Übereinstimmung zwischen den Nukleotidsequenzen und den Aminosäuren herzustellen.
Die theoretische Analyse führte zu der Annahme, dass die am besten geeignete Größe für eine genetisch kodierende Einheit oder Codon eine Sequenz von drei Nukleotiden ist. Diese Schlussfolgerung basierte auf drei Überlegungen. Erstens können vier Nukleotide, die nacheinander eingenommen werden, nur vier verschiedene Aminosäuren kodieren. Kombinationen von zwei Nukleotiden können nur 42 oder 16 Aminosäuren kodieren, was weniger ist als die 20 Aminosäuren, die bekanntermaßen in Proteinen vorhanden sind. Und nur die Summe der drei Nukleotide ergibt 64 mögliche Codes, eine Zahl, die mehr als ausreichend ist, um 20 verschiedene Aminosäuren zu kodieren. Genetische Experimente an Mutanten mit Deletionen oder Inserts von ein, zwei oder drei Nukleotiden in den Genen, die Proteine kodieren, haben gezeigt, dass die am besten geeignete Größe für den Code drei Nukleotide sind. Darüber hinaus wurde aus diesen Studien geschlossen, dass die Nukleotidsequenz nacheinander von Festkomma-Triolen gelesen wird. All diese Schlussfolgerungen, zusammen mit den Daten, dass Polypeptidketten sequentiell durch Kombination einer Aminogruppe einer Aminosäure mit einer Carboxylgruppe einer anderen synthetisiert werden, dienten als Eckpfeiler bei der Dekodierung des genetischen Codes.
Korrespondenz zwischen Aminosäuren und ihren Codons
Einer der mysteriösen Momente der Kodierung war die mangelnde strukturelle Komplementarität zwischen Nukleinsäuren auf der einen Seite und Aminosäureketten auf der anderen Seite. Der Ausweg aus dieser konzeptionellen Blockade - die Antwort auf die Frage, wie sich Aminosäuren mit den entsprechenden Codes paaren - wurde gefunden, als die Idee der Existenz eines Adapters aufkam. Nach dieser Idee binden die Aminosäuren zunächst an die RNA-Moleküle, dann reihen sich solche Hybride entlang der mRNA aneinander und kombinieren sich damit durch komplementäre Paarung mehrerer Basen im Adapter-RNA-Molekül mit dem entsprechenden Code in der mRNA. Die Adapterhypothese wurde durch Experimente nach dem Nachweis von tRNAs und Enzymen, die für die Bindung von Aminosäuren und tRNAs verantwortlich sind, streng bestätigt, und es wurde gezeigt, dass die an tRNAs gebundenen Aminosäuren die direkten Vorläufer der Polypeptidanordnung sind.
Fortsetzung folgt..