Wie funktioniert die DNA-Übersetzung?

Die Übersetzung des genetischen Codes von seiner Desoxyribonukleinsäure-Form, die aus einer Kette von vier sich wiederholenden Buchstaben besteht, in ein Protein-Endprodukt, das aus Aminosäuren besteht, ist ein gut verstandener Prozess. Eine Möglichkeit, den Prozess zu beschreiben, besteht darin, sich vorzustellen, dass ein einzelner Strang eines Chromosoms wie ein Bücherregal ist, das mit Anleitungsbüchern in einer Fremdsprache gefüllt ist. Ein Übersetzer kann ein Buch aus dem Regal nehmen und beginnen, den Code auf Papier zu übertragen. Dann übersetzt er die fremden Zeichen in Wörter, die ein Leser verstehen kann. Der Leser fährt dann damit fort, ein nützliches Projekt basierend auf den übersetzten Anweisungen zu erstellen.

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DNA besteht aus zwei Polynukleotidketten, die in einer Doppelhelix umeinander gewickelt sind. Jedes Nukleotid beider Ketten besitzt eine stickstoffhaltige Base. An jede Base ist entweder ein Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) oder Thymin (T) Molekül gebunden. Die beiden Polynukleotidketten binden über schwache Wasserstoffbrücken zwischen C-und-G-gepaarten Molekülen und A-und-T-gepaarten Molekülen aneinander. Diese einzigartige C-G/A-T-Bindung ermöglicht es den DNA-Strängen, sich vorübergehend zu trennen, während ein Enzym die Doppelhelix in Abschnitte von Einzelsträngen zur Transkription in Stränge von Messenger-RNA entpackt.

Ein Strang der Messenger-RNA (mRNA) ist eine exakte Kopie eines einzelnen DNA-Strangs, mit der Ausnahme, dass jedes Thymin (T) durch ein Uracil (U)-Molekül ersetzt wird. Eine Kette von mRNA-Molekülen bestehend aus G-, CA- und U-Molekülen ist in einem Triplettcode wie CAC, UUA und CUG angeordnet. Diese Sequenz von Triplett-Codes ist eine Kopie der DNA-Sequenz GTGAATGAC. Der Drei-Buchstaben-Code wird später durch spezielle RNA/Protein-Komplexe in Protein übersetzt, die den Drei-Buchstaben-Code erkennen und einen Aminosäurestrang aufbauen, der dem Code entspricht. Beispielsweise stimmt der mRNA-Code AUG mit der Aminosäure Methionin überein.

Die Transkription tritt auf, wenn ein RNA-Polymerase-Enzym entlang einer bestimmten Region eines DNA-Einzelstrangs reitet und eine mRNA-Kopie synthetisiert (transkribiert). Typischerweise wird der mRNA-Strang modifiziert, indem er an mehreren spezifischen Stellen von einem speziellen Enzym abgeschnitten und dann wieder zu einem kürzeren mRNA-Strang zusammengefügt wird, der für ein funktionelles Protein kodiert. Daher wird der ursprünglich kodierende DNA-Strang nicht direkt in Protein übersetzt, sondern muss einen Änderungsschritt als mRNA durchlaufen, um Nonsense-Sequenzen zu entfernen, die nicht für ein Gen kodieren.

Die Translation ist der letzte Schritt der Übersetzung einer DNA-Sequenz in ein funktionelles Protein. RNA/Protein-Komplexmoleküle, die als "Ribosomen" bezeichnet werden, heften sich an den modifizierten mRNA-Strang und übersetzen den Strang in eine Kette von Proteinmolekülen. Dies wird durch den Transfer von RNA (tRNA)-Molekülen, die spezifische Aminosäuren tragen, zu den Ribosomen erreicht, wo Drei-Buchstaben-Codes gelesen und mit spezifischen Aminosäuren abgeglichen werden. Sobald die Aminosäurekette synthetisiert ist, faltet sie sich normalerweise automatisch in eine Konformation, die sie funktionsfähig macht. Deshalb kann eine einzelne DNA-Mutation katastrophal sein. Die DNA-Mutation wird in einen aus drei Buchstaben bestehenden mRNA-Code transkribiert, der wiederum für die falsche Aminosäure kodiert. Dadurch wird verhindert, dass sich die letzte Aminosäurekette korrekt zu einem funktionellen Protein faltet.