Die Sprache der Gene

Seit 1953 ist die Grundstruktur unserer Erbsubstanz bekannt – und auch, dass sie die Bauanleitung für all das beinhaltet, was uns ausmacht – vom Aussehen über unsere Gesundheit bis hin zu vielen anderen Eigenschaften. Jedes Basenpaar, so viel war schon früh klar, entspricht dabei einem Buchstaben in dieser Bauanleitung. Aber wie wird aus dieser kryptischen Anleitung ein Lebewesen, und wie ein einzigartiges Individuum?

Buchstaben des Lebens

Begeben wir uns auf Spurensuche. Nach Zusammentreffen einer mütterlichen Eizelle und eines väterlichen Spermiums besitzt jeder Mensch in jeder seiner Zellen zweimal 23 Chromosomen. Die Hälfte dieser mehr oder weniger X-förmigen Gebilde stammt von der Mutter, die andere aus dem Spermium und damit vom Vater. Die Chromosomen sind dabei im Prinzip nichts anderes als die kompakt verstaute Lager- und Transportform unserer Erbinformation, der Desoxyribonukleinsäure (DNA). Stark komprimiert liegt unsere gesamte DNA zusammen mit Hüllstrukturen aufgeteilt auf die einzelnen Chromosomen vor.

Die Buchstaben der genetischen Information sind die Basen Adenin (A), Guanin (G), Thymin (T) und Cytosin (C). Sie verbinden sich jeweils zu Paaren – A-T und C-G – und halten so die beiden außen liegenden Gerüststränge der DNA zusammen. Sie bilden quasi die Sprossen dieser genetischen Strickleiter. Betrachtet man nur einen Strang der DNA mit jeweils dem zu diesem gehörenden Sprossenteil, ergibt sich eine lange Reihe von Basenbuchstaben.

Und in diesen steckt der genetische Code. Denn jeweils drei dieser Buchstaben zusammen ergeben ein Wort: die Angabe, welche Aminosäure an welcher Stelle in das zu produzierende Protein eingebaut werden soll. Und mehrere dieser Wörter ergeben einen Satz – die Bauanleitung für ein Protein. Diese Moleküle wiederum sorgen als eine Art biochemisches Mädchen für alles dafür, dass Zellen und Gewebe entstehen, dass Signale im Körper ausgetauscht werden und dass unser Stoffwechsel funktioniert.

Transkription: Vom Gen zur Boten-RNA

Wie aber wird aus der Bauanleitung ein Protein? Dies erfolgt in der sogenannten Proteinbiosynthese. Damit die Information für ein Protein aus der DNA ausgelesen werden kann, muss das Erbgut an dieser Stelle zunächst entpackt werden. Die normalerweise als Doppelstrang vorliegende DNA teilt sich in zwei Einzelstränge auf. Die freien Ärmchen der Strickleitersprossen werden dadurch zugänglich. Und genau das ist das Entscheidende.

Jetzt können mit Hilfe von Enzymen genaue Kopien dieses Strangabschnitts entstehen, indem sich an jedes freie Basen-Ärmchen wieder eine passende Base anlagert. Einziger Unterschied: Statt Thymin bindet sich an das Adenin die Base Uracil. Verbunden sind diese neu kombinierten Basen ebenfalls über einen Gerüststrang, diesmal aber der sogenannten Ribonukleinsäure (RNA). Ist die Kopie fertig, trennen Enzyme diesen RNA-Strang samt seinen Basen von der DNA ab und es ist eine transportfähige Kopie dieses Erbgutabschnitts entstanden, die sogenannte Boten- oder Messenger-RNA (mRNA). Dieser Schritt des Kopierens und Umschreibens wird als Transkription bezeichnet.

Translation: Übersetzung in Eiweiß-Bausteine

Nun folgt der zweite Schritt. Die mRNA transportiert das kurze Stück kopierter Erbinformation aus dem Zellkern in das Zellplasma zu den Ribosomen, den „Proteinfabriken“ der Zelle. Sie bestehen aus zwei unterschiedlich großen Untereinheiten, zwischen die sich die mRNA einschiebt. Wie ein Tonband am Tonkopf wandert die mRNA nun Abschnitt für Abschnitt an einer Art Ableseeinheit vorbei. Diese liest aus, welche drei Basen jeweils vorliegen.

Gleichzeitig sammeln sich an den Ribosomen zahlreiche Bausteine für das zukünftige Protein: Aminosäuren, an die jeweils ein kurzes Stück RNA angekoppelt ist, das genau drei Basenbuchstaben umfasst. Wie ein Etikett verrät dieser Code, welche Aminosäure an dieser Transport-RNA (tRNA) hängt. Im Ribosom wird nun jeweils der zum Code der ausgelesenen mRNA passende Aminosäurebaustein angedockt und mit der im Code als nächstes folgenden Aminosäure verbunden.

So entsteht nach und nach eine Kette aus miteinander verbundenen Aminosäuren – ein Polypeptid, das dann zur nächstgrößeren Einheit verkoppelt wird, dem Protein. Erst durch diesen Prozess der Übersetzung des genetischen Codes in eine Aminosäureabfolge, die sogenannte Translation, kann die DNA ihre Funktion erfüllen.