Startcodon, Stoppcodons und Anticodon
Wie Startcodon und Stoppcodons den Leserahmen der mRNA begrenzen und wie man zu einem Codon das passende Anticodon der tRNA ableitet.
Das Wichtigste in Kürze
- Startcodon und Stoppcodons begrenzen den translatierten Bereich der mRNA, gelesen werden Codons über das Anticodon der tRNA.
- Codon und Anticodon paaren komplementär und antiparallel: Zum Codon 5’-GCU-3’ gehört das Anticodon 3’-CGA-5’, also 5’-AGC-3’.
- Das Startcodon AUG besteht aus drei Nucleotiden und codiert zugleich Methionin, bei Bakterien am Start als N-Formylmethionin.
- Der Promotor ist eine DNA-Sequenz für den Start der Transkription, das Startcodon liegt auf der mRNA und startet die Translation.
- Die drei Stoppcodons UAA, UAG, UGA sind Trinucleotide ohne seltene Basen, codieren keine Aminosäure und beenden am Ribosom die Translation.
- Nur 61 von 64 Codons codieren Aminosäuren, für Stoppcodons gibt es keine tRNA mit passendem Anticodon.
Worum es geht
Start- und Stoppcodons sind die Satzzeichen des genetischen Codes. Sie legen fest, wo auf der mRNA ein Protein beginnt und wo es endet. Gelesen werden die Codons von tRNAs über ihr Anticodon. Dieses Wissen braucht man, um Mutationen wie vorzeitige Stoppcodons oder Antibiotika mit Angriff am Ribosom einzuordnen.
Codon und Anticodon
Ein Codon ist ein Basentriplett der mRNA. Es legt eine Aminosäure oder ein Signal fest. Wie der Triplett-Code und das Leseraster funktionieren, erklärt die Einheit Eigenschaften des genetischen Codes. Gelesen wird das Codon von einer tRNA. Sie trägt in ihrer Anticodon-Schleife das passende Gegenstück, das Anticodon. Zum Aufbau der tRNA siehe Struktur der tRNA.
Codon und Anticodon paaren komplementär, also A mit U und G mit C. Sie paaren außerdem antiparallel. Die mRNA läuft von 5’ nach 3’, das Anticodon liegt ihr in Gegenrichtung gegenüber. Die erste Base des Codons am 5’-Ende paart daher mit der letzten Base des Anticodons am 3’-Ende. Man kann sich das wie zwei Reißverschlusshälften vorstellen, die nur schließen, wenn eine umgedreht wird.
Die Abbildung zeigt das am Codon 5’-CAG-3’. Darüber liegt das Anticodon 3’-GUC-5’, die Paare heißen C-G, A-U und G-C.
Die Begriffe hängen fest an den Molekülen. Das Triplett auf der mRNA ist immer das Codon. Das gilt auch, wenn man es als komplementäre Abschrift eines DNA-Tripletts betrachtet. Anticodon heißt allein das Triplett der tRNA. Umgekehrt ist die Sequenz, die einem Anticodon auf der mRNA gegenüberliegt, stets das Codon.
Anticodon ableiten
Mit drei Schritten kommt man sicher zum Ergebnis.
- Codon orientieren: Das Codon in 5’→3’-Richtung notieren, etwa 5’-UGG-3’ für Tryptophan.
- Basen paaren: Jede Base durch ihren Partner ersetzen, A↔︎U und G↔︎C. Man erhält 3’-ACC-5’.
- Richtung angeben: Das Ergebnis mit 3’→5’ kennzeichnen oder umdrehen und als 5’-CCA-3’ schreiben.
Die Tabelle zeigt weitere Beispiele in beiden Schreibweisen.
| Codon (5’→3’) | Anticodon (3’→5’) | Anticodon (5’→3’) |
|---|---|---|
| CAG | GUC | CUG |
| GCU | CGA | AGC |
| UGG | ACC | CCA |
| AUG | UAC | CAU |
3’-CGA-5’ und 5’-AGC-3’ bezeichnen dasselbe Anticodon zum Codon GCU. Ohne Richtungsangabe ist ein Anticodon mehrdeutig. Achte deshalb immer auf die angegebenen Strangenden.
An der dritten Codonposition ist die Paarung etwas lockerer. Diese Wobble-Paarung gehört zur Translation.
Startcodon
Die Translation beginnt nicht am ersten Nucleotid der mRNA. Vor dem codierenden Bereich liegt eine untranslatierte Region. Das Ribosom braucht ein festes Triplett, an dem es den Leserahmen ansetzt. In allen Organismen startet die Translation an solchen bestimmten Basentripletts.
Das Startcodon ist das erste translatierte Codon einer mRNA. Es legt den Beginn der Polypeptidkette und damit das Leseraster fest.
Die meisten Prokaryoten und Eukaryoten nutzen dasselbe Startcodon: 5’-AUG-3’. Wie jedes Codon besteht es aus genau drei Nucleotiden. Manche Bakterien starten in seltenen Fällen auch an GUG oder UUG. Auch dort wird am Start Methionin eingebaut.
AUG hat eine Doppelfunktion. Es markiert den Start und codiert zugleich die Aminosäure Methionin. Am Start bringt eine spezielle Initiator-tRNA das Methionin, bei Bakterien als N-Formylmethionin. Steht AUG mitten im Leserahmen, liest eine gewöhnliche Met-tRNA das Codon. Neue Proteine beginnen deshalb mit Methionin, das oft später abgespalten wird. Wie die Initiation genau abläuft, behandelt die Translation.
Startcodon und Promotor
Beide markieren einen Anfang, aber auf verschiedenen Ebenen. Der Promotor gehört zur Transkription, das Startcodon zur Translation.
- DNA-Sequenz vor dem Gen
- Bindestelle der RNA-Polymerase
- legt den Beginn der Transkription fest
- kein Codon, codiert keine Aminosäure
- Triplett AUG auf der mRNA
- wird am Ribosom erkannt
- legt den Beginn der Translation fest
- codiert Methionin
Das Gegenstück zum Promotor ist der Terminator am Ende des Gens. Er beendet die Transkription. Start- und Stoppcodon liegen dagegen erst auf dem Transkript, wie die Abbildung zeigt. Details zu Promotor und Transkriptionsstart stehen bei der Transkription.
Stoppcodons
Am Ende des Leserahmens steht ein Stoppcodon. Der Standardcode kennt genau drei davon: UAA, UAG und UGA. Das gilt für Bakterien wie Escherichia coli ebenso wie für Pflanzen und Tiere. Jedes Stoppcodon ist ein gewöhnliches Nucleotidtriplett, also ein Trinucleotid aus genau drei Nucleotiden.
Seine Basen sind die Standardbasen der mRNA. Seltene Basenbausteine wie Pseudouridin oder Dihydrouridin kommen in der tRNA vor, in Stoppcodons dagegen nicht. Das gilt für bakterielle und pflanzliche mRNA gleichermaßen.
UAA, UAG, UGA: U Are Away, U Are Gone, U Go Away. Alle drei Stoppcodons beginnen mit U.
Funktion am Ribosom
Ein Stoppcodon codiert keine Aminosäure. Es signalisiert dem Ribosom das Ende der Translation, die fertige Polypeptidkette wird freigesetzt. Die C-terminale Aminosäure stammt deshalb vom letzten Sinncodon vor dem Stopp. Methionin und N-Formylmethionin gehören zum Startcodon, mit dem Stoppcodon haben sie nichts zu tun.
Die Wirkung betrifft nur die Translation. Die Transkription endet an einem Terminator der DNA. Die RNA-Polymerase liest über das Stopp-Triplett hinweg und schreibt auch den Bereich dahinter ab. Start- und Stoppcodon begrenzen so den translatierten Bereich. Davor liegt die 5’-UTR, dahinter die 3’-UTR.
Im Beispiel der Abbildung beginnt das Polypeptid mit Met am AUG. Es endet mit der Aminosäure des Codons direkt vor UAA.
Examensklassiker: Der Standardcode hat drei Stoppcodons (UAA, UAG, UGA). Es sind normale Trinucleotide ohne seltene Basen, sie codieren keine Aminosäure und beenden am Ribosom die Translation, nicht die Transkription.
Daraus folgt eine wichtige Zahl. Von den 64 Codons codieren nur 61 eine Aminosäure. Die übrigen drei sind reine Satzzeichen.
Keine passende tRNA
Für Stoppcodons gibt es im Standardcode keine tRNA mit komplementärem Anticodon. An dieser Stelle kann also keine Aminosäure angeliefert werden. Stattdessen erkennen Proteine, die Release-Faktoren, das Stoppcodon direkt. Ihr Mechanismus gehört zur Translation.
Abweichungen vom Standardcode gibt es nur vereinzelt. In Mitochondrien von Wirbeltieren codiert UGA zum Beispiel Tryptophan.
Quiz
Aussage 1
Das Startcodon AUG dient ausschließlich als Startsignal und wird nicht in eine Aminosäure übersetzt.
AUG hat eine Doppelfunktion: Es startet die Translation und codiert zugleich Methionin.
Aussage 2
Stoppcodons pflanzlicher mRNA enthalten seltene Basen wie Pseudouridin, die das Ribosom als Endsignal erkennt.
Stoppcodons bestehen in Pflanzen wie in Bakterien aus drei Standardnucleotiden. Seltene Basen kommen in der tRNA vor.
Aussage 3
Das zu einem DNA-Triplett komplementäre Triplett der mRNA bezeichnet man als Anticodon.
Ein Triplett der mRNA heißt immer Codon. Anticodon heißt nur das komplementäre Triplett der tRNA.
Aussage 4
Der Promotor liegt auf der DNA und steuert den Beginn der Transkription, das Startcodon liegt auf der mRNA.
Der Promotor ist die Bindestelle der RNA-Polymerase, das Startcodon AUG wird bei der Translation am Ribosom erkannt.
Aussage 5
Im genetischen Standardcode codieren 61 der 64 Codons eine Aminosäure.
Drei Codons (UAA, UAG, UGA) sind Stoppcodons und codieren keine Aminosäure.
Aussage 6
Zum mRNA-Codon 5’-GCU-3’ passt das tRNA-Anticodon 5’-AGC-3’.
Komplementär und antiparallel ergibt sich 3’-CGA-5’, in 5’→3’-Richtung geschrieben also 5’-AGC-3’.
Aussage 7
Ein Stoppcodon beendet die Transkription, indem es die RNA-Polymerase anhält.
Stoppcodons beenden die Translation am Ribosom. Die Transkription endet am Terminator der DNA.
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