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Die Rolle des genetischen Codes bei der Proteinsynthese

Im Jahr 1968 wurde Robert W. Holley, Har Gobind Khorana und Marshall W. Nirenberg gemeinschaftlich der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin verliehen. Hierdurch ehrte man ihre Arbeit zu der Entschlüsselung des genetischen Codes und seiner Funktion bei der Proteinsynthese. Ihre Arbeit konnte zeigen, auf welche Weise die Anordnung der Nukleotide, der Grundbausteine der Nukleinsäure, den genetischen Code der Zelle enthalten. Diese Nukleotid-Anordnung ist der Code für die Proteine, die von der Zelle synthetisiert werden. Sie etablierten das Wissen, dass die biologische Sprache oder der genetische Code, der in allen lebenden Organismen vorkommt, in Wörtern mit drei Buchstaben formuliert ist. Denn jede Einheit besteht aus drei Nukleotiden und stellt den Bauplan für eine spezifische Aminosäure dar.

Alle drei Wissenschaftler arbeiteten, unabhängig von einander, an unterschiedlichen Aspekten der Entschlüsselung des genetischen Codes. Gemeinsam lösten sie das Rätsel: Sie fanden heraus, wie genetische Information in Proteine übersetzt wird.


Im Jahr 1959 war bekannt, dass die genetische Information über die DNA weitergegeben wird. Man wusste jedoch noch nicht, wie die DNA die Protein-Produktion der Zelle steuert oder welche Rolle die RNA bei diesem Prozess spielt. Die drei Wissenschaftler zeigten, wie RNA, ein Molekül, das die Rolle eines Bindeglieds zwischen DNA und Proteinen inne hat, und mit seinen Nukleinbasen (C, G, A und U) „Worte" aus drei Buchstaben bilden kann und dass diese „Worte" in eine Sequenz aus Aminosäuren übersetzt wird. Die Aminosäuren wiederum sind die Bausteine der Proteine.


Dr. Nirenberg entdeckte das erste „Wort" aus Nukleotiden, eine Sequenz von drei Molekülen der organischen Base Uracil (UUU). Es handelt sich dabei um den Bauplan für die Aminosäure Phenylalanin in verschlüsselter Form.

Sehr schnell erkannte er, dass er den genetischen Code für diese Aminosäure entdeckt hatte. Indem er RNA synthetisierte, entschlüsselte er daraufhin die Codes für 19 weitere Aminosäuren. Unter Anwendung einer weiteren Technik, entzifferte er schließlich die Kodierungen von insgesamt 50 Aminosäuren.

Unabhängig von Dr. Nirenberg hatte Dr. Khorana gezeigt, dass Ribonukleinsäure (RNA) mit drei sich wiederholenden Einheiten (UCUCUCU → UCU CUC UCU) zwei alternierende Aminosäuren produzierte. Diese Erkenntnis, in Kombination mit dem Experiment von Nirenberg und Leder, zeigte, dass UCU den Bauplan für Serin darstellt, während CUC die Kodierung für Leucin enthält. Dr. Khorana zeigte ebenso, dass RNAs mit drei sich wiederholenden Einheiten (UAC UAC UAC, oder ACU ACU ACU, oder CUA CUA CUA) drei unterschiedliche Abfolgen von Aminosäuren erzeugen. RNAs mit vier sich wiederholenden Einheiten in denen UAG, UAA, oder UGA vorkommt dagegen, bilden nur Dipeptide und Tripeptide. Daher konnte enthüllt werden, dass es sich bei UAG, UAA und UGA um Stopcodons handelt.

Dr. Holley wiederum fand die Verbindung zwischen Boten-RNA (englisch messenger RNA) und Proteinen: die Transfer-RNA oder t-RNA. Die tRNA bringt die richtige Aminosäure zu den Ribosomen, den Funktionseinheiten der Zelle, die die Proteinsynthese erledigen. Die tRNA stellt sicher, dass die Aminosäure zu der jeweiligen mRNA Sequenz passt. Auf diese Weise ermöglicht die tRNA es dem Ribosom überhaupt erst, die Aminosäuren in einer Sequenz zu verbauen, die dann am Ende ein Protein bildet.


Zusammen entschlüsselten die Wissenschaftler ein komplettes biologisches System. Mit der Erkenntnis, wie die Übersetzung von RNA in Protein-Baupläne vor sich geht, entschlüsselten sie einen der ältesten „Codes" in der Geschichte des Lebens.



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