Was berechnet die DNA-Sequenzanalyse eigentlich?
DNA ist eine Kette aus vier Buchstaben mit zwei unbequemen Eigenschaften: Die beiden Stränge verlaufen in entgegengesetzter Richtung, und die Botschaft ist nur in Dreierblöcken lesbar. Fast jedes Panel auf dieser Seite beschäftigt sich mit einer dieser beiden Tatsachen — der Strangorientierung (Reverse-Komplement, Transkription) oder dem Triplettcode (Translation, Leserahmen). Die übrigen Panels messen physikalische Eigenschaften (GC-Gehalt, Schmelztemperatur, Molekulargewicht), die sich direkt aus den Buchstaben ergeben.
Die eine Zahl, die man sich merken sollte: Der genetische Code umfasst 64 Codons (4×4×4), aber nur 20 Aminosäuren plus Stoppsignale — der Code ist degeneriert, sodass mehrere verschiedene Codons (z. B. CTT, CTC, CTA, CTG kodieren alle Leucin) denselben Baustein bezeichnen. Diese Redundanz ist der Grund, warum eine stille Mutation die Sequenz verändern kann, ohne das Protein zu verändern.
Reverse-Komplement: der andere Strang wird gelesen
Die beiden Stränge der DNA verlaufen antiparallel, und A paart mit T, C mit G. Liegt Ihre Sequenz auf dem oberen Strang, erscheint alles, was am unteren Strang wirkt (ein Gen, eine Primerbindungsstelle, eine Restriktionsstelle), als Reverse-Komplement: Die Zeichenkette wird Ende für Ende umgedreht und jede Base durch ihren Partner ersetzt. Beispiel: Die Sequenz ATGCGT (5′→3′) hat das Reverse-Komplement ACGCAT — und zweimalige Anwendung ergibt stets das Original.
Transkription und Translation
Die Transkription kopiert ein Gen in RNA und ersetzt dabei Thymin durch Uracil. Die Translation liest anschließend die RNA (oder den codierenden DNA-Strang) in Codons aus drei Basen: ATG beginnt ein Protein (Methionin), TAA/TAG/TGA beenden es. Da der Leserahmen an Position 1, 2 oder 3 auf jedem Strang beginnen kann, bietet jede doppelsträngige DNA sechs mögliche Leserahmen — und typischerweise codiert nur einer einen echten, langen ORF (offener Leserahmen). Das Translations-Panel zeigt alle sechs, sodass sich das echte Gen als der Rahmen mit einem sauberen Abschnitt vom Start bis zum Stopp zu erkennen gibt. Da die Polymerase den Matrizenstrang liest, stimmt die mRNA mit dem codierenden Strang überein, mit U anstelle von T.
GC-Gehalt, Tm und Molekulargewicht
GC-Paare haben drei Wasserstoffbrücken gegenüber zwei bei AT, daher ist GC-reiche DNA stabiler: Sie schmilzt bei höherer Temperatur (höheres Tm), bildet festere Faltungen, und ihr Anteil am Genom ist eine Artensignatur, die bei Bakterien von etwa 25 % bis 75 % reicht. Das Molekulargewicht summiert die Massen der einzelnen Nukleotide (im Mittel etwa 330 Da für einzelsträngige DNA, doppelt so viel für ein Duplex mit dem komplementären Strang). Das Panel Codon-Nutzung zählt, welche der synonymen Codons ein Gen bevorzugt — stark verzerrte Nutzung kann hoch exprimierte Gene verraten.
Häufige Missverständnisse
- „Das Reverse-Komplement ist nur das Komplement.“ Das Komplementieren allein ergibt eine Zeichenkette von 3′→5′; erst das anschließende Umkehren stellt die übliche Orientierung 5′→3′ wieder her, die Polymerasen und Lehrbücher verwenden.
- „Ein Stoppcodon bedeutet das Ende des Gens.“ In einem zufälligen Leserahmen treten Stoppcodons etwa alle 21 Codons zufällig auf; ein echter ORF wird anhand von Länge und passendem Start beurteilt, nicht anhand eines einzelnen Stoppcodons.
- „GC-Gehalt ist nur ein Prozentwert.“ Er sagt auch das Anlagerungsverhalten voraus: Primer-Design, Sondenentwurf und Hybridisierungsstringenz stützen sich alle darauf (siehe Primer-Designer).
Verwandte Werkzeuge: Primer-Designer (Tm, Dimere, Paarprüfung), Restriktionsenzyme (wo die Schnitte in derselben Sequenz liegen) und Bio-Rechner (Masse, Molarität und Kopienzahl aus diesen MW-Ergebnissen).
