DNA-Decoder
Jede deiner Zellen liest in diesem Moment Gene ab und baut daraus Proteine. Im DNA-Decoder machst du das selbst: Du schreibst DNA in mRNA um, schickst das Ribosom Codon für Codon über die mRNA – und siehst, was eine einzige vertauschte Base anrichten kann.
Das lernst du hier
- Du beschreibst, wie bei der Transkription aus dem Matrizenstrang der DNA eine mRNA entsteht.
- Du wendest die Code-Tabelle an und übersetzt Codons in Aminosäuren.
- Du unterscheidest stumme, Missense-, Nonsense- und Rasterschubmutationen und erklärst ihre Folgen für das Protein.
- Du erklärst am Beispiel der Sichelzellanämie, wie ein einziger Basenaustausch ein Protein verändert.
So funktioniert der Decoder
- Gen auswählenStarte mit dem Anfang des echten Beta-Globin-Gens (HBB), dem Sichelzell-Allel oder einem kurzen Übungsgen. Du kannst auch eine eigene Sequenz eingeben – als codierenden Strang (5′→3′) oder als Matrizenstrang (3′→5′).
- TranskriptionDie RNA-Polymerase liest den Matrizenstrang ab und baut Base für Base die mRNA. Mit „Pause“ und „Einzelschritt“ bestimmst du das Tempo.
- TranslationDas Ribosom sucht das erste AUG und liest dann immer drei Basen auf einmal (ein Codon). Für jedes Codon bringt eine tRNA die passende Aminosäure. Ein Stoppcodon beendet die Kette.
- MutationslaborTausche Basen aus, füge welche ein oder lösche sie. Der Decoder vergleicht das neue Protein mit dem Original und ordnet die Mutation automatisch ein.
- Aufträge lösenErledige die fünf Aufträge unter dem Tool. Dann wird der DNA-Decoder in deinem Forscher-Pass eingetragen.
DNA-DecoderTranskription · Translation · Mutationen
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Merke
Abgelesen wird der Matrizenstrang (auch codogener Strang). Die mRNA ist zu ihm komplementär – und hat deshalb dieselbe Basenfolge wie der codierende Strang, nur mit U statt T. Die Code-Tabelle gilt für die Codons der mRNA.
Typische Fehler
- „Die mRNA ist komplementär zum codierenden Strang.“ Falsch – sie ist komplementär zum Matrizenstrang und gleicht dem codierenden Strang (U statt T).
- Das Anticodon in der Code-Tabelle nachschlagen. Die Tabelle übersetzt mRNA-Codons, nicht die Anticodons der tRNA.
- Einfach bei der ersten Base loslesen. Das Leseraster beginnt am Startcodon AUG. Alles davor wird nicht übersetzt.
- „Eine stumme Mutation ist keine Mutation.“ Doch – die DNA ist verändert, nur das Protein bleibt gleich.
Mutationen im Vergleich
| Mutationstyp | Was passiert in der DNA? | Folge für das Protein |
|---|---|---|
| Stumme Mutation | Austausch einer Base, das Codon steht weiter für dieselbe Aminosäure | keine Änderung |
| Missense-Mutation | Austausch einer Base, das Codon steht für eine andere Aminosäure | eine Aminosäure ist ausgetauscht – harmlos bis schwerwiegend |
| Nonsense-Mutation | Austausch einer Base, aus einem Aminosäure-Codon wird ein Stoppcodon | verkürztes, meist funktionsloses Protein |
| Rasterschubmutation | Einfügen oder Löschen von Basen (nicht durch 3 teilbar) | ab der Mutation völlig andere Aminosäuren, oft vorzeitiger Stopp |
Wusstest du?
Weltweit leben rund 7,7 Millionen Menschen mit einer Sichelzellkrankheit, fast 80 Prozent davon in Afrika südlich der Sahara (WHO, Bezugsjahr 2021). Ursache ist genau der Basenaustausch, den du im Decoder selbst erzeugen kannst. Seit 2023/24 ist mit Casgevy die erste CRISPR-Therapie dagegen zugelassen – wie die Gen-Schere funktioniert, probierst du in der Gen-Schere aus.
Für Lehrkräfte
Einsatz: nach der Einführung der Proteinbiosynthese, als Übung oder Station (Partnerarbeit, ein Gerät pro Paar). Zeitbedarf: 20–30 Minuten für Tool und Aufträge, plus 15 Minuten für die Aufgaben unten. Am Beamer eignet sich der Einzelschritt-Modus zum gemeinsamen Erarbeiten. Das Tool läuft komplett im Browser; es werden keine Daten übertragen, der Fortschritt bleibt nur im jeweiligen Browser gespeichert. Die HBB-Sequenz stammt aus der Referenzsequenz NM_000518.5.
Fachbegriffe
- Transkription
- Umschreiben eines Gens in mRNA durch die RNA-Polymerase; Vorlage ist der Matrizenstrang.
- Translation
- Übersetzen der mRNA in eine Aminosäurekette am Ribosom.
- Codon
- Drei aufeinanderfolgende Basen der mRNA, die für eine Aminosäure oder für Stopp stehen.
- Anticodon
- Drei Basen der tRNA, die komplementär an ein Codon binden.
- Leseraster
- Die Einteilung der Basenfolge in Dreiergruppen, festgelegt durch das Startcodon AUG.
- Punktmutation
- Veränderung einer einzelnen Base: Austausch, Einfügung (Insertion) oder Verlust (Deletion).
Arbeitsaufträge
AFB I: wiedergebenAFB II: anwendenAFB III: beurteilen
- AFB IBeschreibe mithilfe der Animation, wie die mRNA entsteht. Gehe auf den abgelesenen Strang, die Leserichtung und die Basenpaarung ein.
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Die RNA-Polymerase liest den Matrizenstrang in 3′→5′-Richtung und baut die mRNA in 5′→3′-Richtung. Dabei paaren sich die Basen komplementär: A der DNA mit U der RNA, T mit A, G mit C und C mit G. Die fertige mRNA entspricht dem codierenden Strang, nur mit U statt T. - AFB IIDer codierende Strang lautet 5′-ATG GTG CAT CTG ACT-3′. Gib den Matrizenstrang, die mRNA und die Aminosäurefolge an. Prüfe dein Ergebnis mit dem Decoder (eigene Sequenz).
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Matrizenstrang: 3′-TAC CAC GTA GAC TGA-5′. mRNA: 5′-AUG GUG CAU CUG ACU-3′. Aminosäuren: Met-Val-His-Leu-Thr (Methionin, Valin, Histidin, Leucin, Threonin). - AFB IIÜbersetze HbA und HbS im Decoder. Vergleiche beide: Welche Base, welches Codon und welche Aminosäure sind verändert? Erkläre, warum man von „Glu6Val“ spricht.
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Im siebten Triplett (ab ATG gezählt) ist A gegen T ausgetauscht: GAG wird zu GTG (mRNA: GAG zu GUG). Statt Glutaminsäure (Glu) wird Valin (Val) eingebaut. Das Start-Methionin wird nach der Translation abgespalten, deshalb zählt man in der Hämoglobin-Forschung ab Valin = 1; die betroffene Aminosäure ist Nummer 6. In der heutigen Schreibweise mit Methionin als 1 heißt dieselbe Mutation p.Glu7Val (DNA: c.20A>T). - AFB IIErzeuge im HBB-Gen je eine stumme, eine Nonsense- und eine Rasterschubmutation. Notiere jeweils deine Änderung und erläutere, warum sich die Folgen für das Protein so stark unterscheiden.
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Beispiele: stumm – CAT zu CAC (His bleibt His); Nonsense – AAG (Lys 8) zu TAG (Stopp); Rasterschub – eine Base im Triplett GAG (Glu 6) löschen. Die stumme Mutation ändert nichts, weil der Code redundant ist. Die Nonsense-Mutation bricht die Kette ab: Das Protein ist stark verkürzt. Beim Rasterschub wird ab der Mutation in einem anderen Dreierraster gelesen, sodass alle folgenden Aminosäuren falsch sind und oft bald ein Stoppcodon folgt. - AFB III„Je mehr Basen sich ändern, desto schlimmer sind die Folgen.“ Beurteile diese Aussage mit Beispielen aus dem Decoder.
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Die Aussage stimmt so nicht. Entscheidend sind Art und Ort der Mutation, nicht die Zahl der Basen. Eine einzige eingefügte oder gelöschte Base verschiebt das Leseraster und zerstört meist das ganze Protein. Drei ausgetauschte Basen können dagegen alle stumm sein. Auch ein einziger Austausch kann schwere Folgen haben (Sichelzellanämie), wenn er eine wichtige Stelle trifft. Werden genau drei Basen gelöscht, bleibt das Raster erhalten – trotzdem kann das Fehlen einer Aminosäure krank machen, etwa bei der häufigsten Mukoviszidose-Mutation F508del. - AFB IIIViele Mutationen an der dritten Base eines Codons sind stumm. Entwickle mithilfe der Code-Tabelle eine Hypothese, woran das liegt.
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In der Code-Tabelle stehen Codons, die sich nur in der dritten Base unterscheiden, oft für dieselbe Aminosäure (zum Beispiel GUU, GUC, GUA, GUG für Valin). Die ersten beiden Basen bestimmen meist die Aminosäure, die dritte ist häufig „austauschbar“. Der Code ist also redundant (degeneriert), und diese Redundanz konzentriert sich auf die dritte Position.
Hintergrundwissen
MolekulargenetikVom Gen zum Protein: Transkription und Translation ausführlich erklärt. Humangenetik und KrankheitenWie Mutationen krank machen können – mit der Sichelzellanämie als Beispiel. Reparatur der DNAWie Mutationen entstehen und wie Zellen sie reparieren. Wie sieht die DNA aus?Doppelhelix, Basenpaarung und die Richtung 5′→3′.
Quellen & Stand
- NCBI Reference Sequence NM_000518.5, Homo sapiens hemoglobin subunit beta (HBB): ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NM_000518.5.
- NCBI: The Genetic Codes, Standard Code (Tabelle 1): ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Utils/wprintgc.cgi.
- WHO Fact Sheet Sickle cell disease (06.08.2025): who.int.
- HGVS Nomenclature (Benennung von Varianten): hgvs-nomenclature.org.
- Campbell Biologie, 11. Auflage, Pearson 2019, Kapitel 17 (Vom Gen zum Protein).
Stand: Oktober 2026.