Wenn tRNAs Adapter sind, dann sollte jede Aminosäure nur an eine bestimmte tRNA gebunden sein, und jede tRNA sollte mit nur einem entsprechenden Code verknüpft sein. Die Richtigkeit der ersten dieser Bestimmungen wurde durch die Entdeckung spezieller Enzyme, Aminoacil-tRNA-Synthetasen, bewiesen, von denen jede eine einzelne Aminosäure an eine oder mehrere verwandte tRNAs bindet. Diese Enzyme und die durch sie katalysierten Reaktionen werden im Abschnitt "Die Rolle der Aminosäure bei der Entwicklung der tRNA" näher erläutert. 3.5.a. Hier genügt es zu sagen, dass die Bindung von Aminosäuren an tRNA-Moleküle der erste Schritt im Dekodierungsprozess ist. Die Richtigkeit der zweiten Position der Adapterhypothese - dass die tRNA selbst den Platz ihrer Aminosäure in der Polypeptidkette bestimmt - wurde durch ein einfaches Experiment bestätigt. Eine der Aminosäuren wurde chemisch in eine andere umgewandelt und an die entsprechende tRNA gebunden. Nach der Aufnahme dieser modifizierten Aminosäure in das Protein wurde ihre Lokalisation in der Proteinkette in vitro etabliert. Es stellte sich heraus, dass nach der Umwandlung von Cysteinyl tRNA in Alanin tRNA der mit tRNA assoziierte Alaninrest an den Stellen der Proteinkette gefunden wurde, die normalerweise Cystein besetzen, und nicht an den Stellen, an denen Alanin normalerweise gefunden wird. Es wurde deutlich, dass es die tRNA mit einer daran gebundenen Aminosäure und nicht die Aminosäure selbst ist, die den Paarungscode bestimmt.
Dekodierung des genetischen Codes
Die Voraussetzungen für die Entschlüsselung des Codes waren zwei Entdeckungen. Zunächst wurde festgestellt, dass die mRNA ein Informationsvermittler zwischen Genen und Proteinen ist. Zweitens wurde festgestellt, dass die in die bakteriellen Extrakte injizierte mRNA übertragen wurde, um die entsprechenden Proteine zu bilden. Ein Durchbruch in diesem Bereich gelang, als synthetisches RNA-Polyuridylat, Polyadenylat und Polycytidylat mit Hilfe von E. coli-Zell-Extrakten unter Bildung von Polyphenylalanin, Polylen und Polyprolin übersetzt wurden. Dies führte zu dem Schluss, dass Drillinge, die nur aus U, A und C bestehen, Phenylalanin, Lysin bzw. Prolin kodieren. Anschließend wurden Versuche mit Mischpolymeren mit einem unterschiedlichen Verhältnis von zwei und drei Nukleotiden durchgeführt, wodurch die Codonzusammensetzung bestimmt wurde. Diese Daten erlaubten es uns jedoch, nur die Nukleotidzusammensetzung der Codons zu bestimmen, nicht aber die Reihenfolge der Nukleotide in ihnen. Alle Codes wurden schließlich durch die folgenden beiden Experimente identifiziert. In der ersten Art von Experimenten wurde die Aminosäuresequenz von Polypeptiden, die in vitro unter Verwendung synthetischer mRNAs mit bestimmten Wiederholungen von zwei oder drei Nukleotiden erhalten wurden, verglichen. In Experimenten eines anderen Typs wurde bestimmt, welche der Aminoacil-tRNAs in Gegenwart jedes der möglichen Trinukleotide an Ribosomen bindet. Diese Experimente ermöglichten es, ein konsistentes Vokabular zu erstellen, in dem 61 Trinukleotid-Codon 20 Aminosäuren und drei Codons dem Ende der Codiersequenz entsprechen. Der Code enthält einige Unklarheiten, die sich auf den Beginn der Übersetzung beziehen, nicht aber auf die Übereinstimmung der Codon-Aminosäure. Diese Mehrdeutigkeit ist auf die Verfügbarkeit alternativer Triplett-Sets oder Leserahmen für jede Polynukleotidsequenz zurückzuführen. Die meisten prokaryotischen Gene werden mit einem einzigen kontinuierlichen Leserahmen übersetzt; bei alternativen Rahmen gibt es durchschnittlich ein Endcodon pro 20 Nukleotide.
In den oben beschriebenen Code-Dekodierungsexperimenten wurden synthetische Polynukleotide unter Bedingungen übersetzt, die keine genaue Initiierung erfordern. In vivo und unter den entsprechenden In-vitro-Bedingungen erfolgt die Einleitung jedoch nur mit dem richtigen Leserahmen. Die Eindeutigkeit des Lesens der proteincodierenden Sequenz wird dadurch gewährleistet, dass die mRNA-Übersetzung nur mit einem bestimmten Triplett - AUG - beginnt und dann jedes nachfolgende Triplett in Richtung vom 5'-Ende des mRNA-Moleküls zum 3'-Ende dekodiert wird. Später wurde ein Verfahren zur schnellen Sequenzierung von Nukleinsäuren und Proteinen entwickelt, mit dem das Kodiersystem direkt getestet werden konnte, indem die Sequenzen von DNA, RNA und den von ihnen kodierten Proteinen verglichen wurden. Vergleichende Studien bestätigten auch, dass die Codiersequenzen tatsächlich vom 5'-bis 3'-Ende der mRNA gelesen wurden.
Fortsetzung folgt..