Codogener Strang

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Codogener Strang wird derjenige DNA-Einzelstrang der DNA-Doppelhelix eines proteincodierenden Gens genannt, der bei der Transkription für den Aufbau eines RNA-Einzelstrangs genutzt wird.

Schematische Darstellung der beiden DNA-Stränge und des entstehenden RNA-Transkripts bei der Transkription durch RNA-Polymerase.
Der codogene oder Matrizen-Strang ist hier mit „Antisense“ bezeichnet, mit „Sense“ der Sinn- oder codierende Strang.
(Ein jedes Chromatid eines Chromosoms enthält einen einzigen langen DNA-Doppelstrang; in stark kondensiertem Zustand ist die Transkriptionsaktivität jedoch sehr gering.)

Der codogene Strang enthält jenen DNA-Abschnitt, den eine RNA-Polymerase als Matrize nutzt für das aus Ribonukleotiden aufzubauende Transkript. Die Basensequenz des gebildeten RNA-Strangs ist deshalb komplementär zum benutzten codogenen DNA-Strang – und gleicht damit dem unbenutzten anderen DNA-Strang, den man daher oft auch „codierenden“ nennt. Die Basensequenz dieses DNA-Abschnitts nämlich unterscheidet sich nur in T statt U von der Sequenz der hergestellten RNA-Kopie.

Die tatsächlich für Proteine codierende genetische Information liegt auf der mRNA innerhalb eines offenen Leserahmens (ORL) vor. Dieser Sequenzbereich wird an Ribosomen im Cytoplasma bei der Translation abgelesen: als eine Abfolge von Basentripletts, die je ein Codon darstellen, das jeweils für eine Aminosäure stehen kann. Erst in diesem Rahmen zwischen Startcodon und Stopcodon gibt die Basensequenz also codiert die Aminosäurensequenz an, mit der eine Polypeptidkette aufgebaut werden soll. Das einem Codon auf dem RNA-Strang komplementäre Gegenstück auf dem codogenen DNA-Strang wird auch Codogen („Codonbildner“) genannt.

Welcher von den beiden DNA-Strängen nun jeweils codogen ist und als Matrize fungiert, entscheidet die Lage des asymmetrischen Promoters eines Gens; dies kann im DNA-Doppelstrang eines Chromosoms von Gen zu Gen variieren.

Nähere Erläuterungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die DNA-Doppelhelix besteht aus zwei Einzelsträngen, die antiparallel (5′→3′ bzw. 3′→5′) gegenläufig über Nukleinbasen komplementär gepaart sind. Zwischen dem außenliegenden Phosphat-Zucker-Gerüst beider Stränge liegen Furchen, in denen ein RNA-Polymerase-Molekül über den Doppelstrang gleiten und eine Promoterregion auf der DNA an deren Sequenz erkennen kann. Erst nach fester Bindung an diesen Promoter kann eine Transkription beginnen.

Die Promotersequenz ist nicht symmetrisch und erlaubt daher nur die Bindung in eine Richtung. Die gebundene RNA-Polymerase wird damit positioniert wie orientiert: über den Promoter werden ihr Richtung und Startstelle der Transkription angezeigt. Diese RNA-Polymerase kann einen RNA-Strang ausschließlich in 5′→3′-Richtung synthetisieren. Die Abfolge der Ribonukleotide wird dabei durch komplementäre Basenpaarungen mit dem gegenläufig vorliegenden DNA-Strang (3′→5′) festgelegt. Anhand dieser Matrize wird das RNA-Transkript aufgebaut, bis der Terminator erreicht ist, wo die Transkription endet. Nachdem die RNA-Polymerase von der Stopstelle dissoziert, steht sie für einen weiteren Transkriptionsprozess zur Verfügung. Je nach dem, wie der Promoter eines Gens auf der DNA liegt, verläuft die Transkription dann bezogen auf den Doppelstrang in die eine oder die andere Richtung. Der codogene Strang ist also nicht immer derselbe DNA-Strang, sondern der jeweils zur Syntheserichtung gegenläufige.[1]

Die von DNA in RNA umgeschriebene Basensequenz ist immer komplementär zum codogenen Strang, und entspricht damit dem anderen DNA-Strang. Ein Basentriplett auf der RNA, das beispielsweise das Codon CUG (5′→3′) darstellt, und so am Codogen GAC (3′→5′) des codogenen Strang erstellt wurde, entspricht dann dem CTG (5′→3′) im „codierenden“ Strang der DNA. Am Ribosom kann CUG der mRNA abgelesen und von einer tRNA mit passendem Anticodon interpretiert werden, z. B. GAC (3′→5′). Wenn diese tRNA mit Leucin beladen wurde, wird diese Aminosäure in die entstehende Polypeptidkette eines Proteins eingebaut. Erst damit wird die genetische Information eines für Protein codierenden Gens deutlich, da das Codon CUG auf der mRNA dann für Leu codiert, bzw. das Codogen GAC (3′→5′) auf der DNA dem Anticodon GAC auf einer tRNALeu entspricht.

Wenn von codierendem Strang gesprochen wird, ist zu bedenken, dass etwa eine auf dem Nichtmatrizenstrang der DNA neu auftretende Punktmutation, bei der eine einzelne Nukleobase in eine andere verändert wird – beispielsweise C→T –, hinsichtlich der Wiedergabe der genetischen Information nicht jene Auswirkungen hat, wie wenn dieses Ereignis den Matrizenstrang betrifft, die Vorlage für den codierenden RNA-Strang.

Weitere Bezeichnungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für die verschiedenen Nukleinsäure-Einzelstrangabschnitte bei der Transkription sind die Begriffspaare codogen vs. codierend beziehungsweise codogen und nichtcodogen sowie nichtcodierend und codierend gebräuchlich.[2] Weitere geläufige Bezeichnungen sind beispielsweise Matrizenstrang und Sinnstrang, Minusstrang und Plusstrang. Auch die englischen Ausdrücke antisense und sense (engl. für ‚Sinn‘) finden in deutscher Fachliteratur Verwendung. Doch werden diese Ausdrücke nicht immer mit der gleichen Bedeutung verwendet.

Zudem ist zu beachten, dass in zahlreichen Fällen – bei Transkription von nicht (prä-)mRNA – Begriffe wie ‚codogen‘ und ‚codierend‘ leer sind. Da außerdem bei der Transkription von Genen eines Organismus nicht immer nur derselbe DNA-Strang als codogener Strang genutzt wird, ist es sinnvoller von Einzelstrangabschnitten bei der Transkription zu sprechen. Dies ist auch nötig zur Abgrenzung gegenüber Sonderfällen bei Viren- oder Organellengenomen, bei denen der oder die Stränge des gesamten Genoms mit „+“ oder „plus“ bzw. „-“ oder „minus“ bezeichnet werden.

In der gebräuchlichen Verwendung bezeichnen die Ausdrücke codogener Strang, Matrizenstrang, Minusstrang, Nichtsinnstrang sowie antisense den zur RNA komplementären DNA-Strangabschnitt, der einer transkribierenden RNA-Polymerase als Matrize für das Transkript dient. „Codierender Strang“[2] oder nichtcodogener Strang, Nichtmatritzenstrang, Plusstrang, Sinnstrang sowie sense sind dann Bezeichnungen für denjenigen Nukleinsäurestrangabschnitt, dessen Sequenz derjenigen des primären RNA-Produkts des Gens gleicht. Gelegentlich wird aber mit abweichender Bedeutung das Protein beziehungsweise die tRNA als „sense“ angesehen, womit sich dann die den Ausdrücken je zugewiesene Bedeutung umkehren kann.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis et al.: Molecular Biology of the Cell. 4. Ausgabe. Garland Science, New York 2002, Kapitel 6: How Cells Read the Genome: From DNA to Protein. Online auf dem NCBI-Bookshelf
  • Rolf Knippers: Molekulare Genetik. 8. neubearbeitete Auflage. Georg Thieme Verlag, New York NY u. a. 2001, ISBN 3-13-477008-3.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. B. Alberts, et al.: Molecular Biology of the Cell. 4. Ausgabe. Garland Science, New York 2002, Kapitel: From DNA to RNA. hier online
  2. a b siehe JCBN/NC-IUB Newsletter 1989; sowie hierzu auch Nomenklaturkonventionen bzw. codierender Strang in Lexikon der Biochemie auf Spektrum.de, abgerufen am 22. Oktober 2017.