Die genetische Information eines Organismus wird durch ein System, den sogenannten genetischen Code, ausgedrückt, in dem Boten-Ribonukleinsäure (mRNA)-Codons eine wichtige Rolle spielen. MRNA-Codons sind Nukleotidsätze, die als Matrize für die Proteinsynthese dienen. Dieses Template wird durch Transkription von Desoxyribonukleinsäure (DNA) erzeugt. MRNA interagiert später während der Translation mit Transfer-RNA (tRNA) und bildet eine Polypeptidkette aus Aminosäuren. Jedes mRNA-Codon besteht aus drei Basen, die mit passenden Basen auf einem tRNA-Anticodon korrespondieren, das wiederum an eine bestimmte Aminosäure gebunden ist.
DNA- und RNA-Stränge bestehen aus Nukleotidketten, die über komplementäre Basenpaarungen miteinander verbunden sind. Die vier DNA-Nukleobasen, die die Schlüsselkomponenten der Nukleotidmoleküle sind, sind Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C). In der RNA ersetzt Uracil (U) Thymin. Adenin paart sich mit Thymin oder Uracil, während Guanin mit Cytosin paart.
MRNA ist eine Matrize, die durch einen als Transkription bekannten Prozess aus DNA erzeugt wird. Das Enzym RNA-Polymerase spaltet die DNA-Doppelhelix und paart die DNA-Einzelstränge mit komplementären RNA-Basen. Zum Beispiel erzeugt ein DNA-Satz von Basen, der AATCAG liest, einen mRNA-Satz, der UUAGUC liest. Der mRNA-Strang bricht dann zur weiteren Verarbeitung ab.
Ribosomen genannte Organellen sind die Translationsstelle, der Prozess, bei dem mRNA in ein entsprechendes Protein entschlüsselt wird. Bei der Translation wird mRNA als eine Reihe von Nukleotidtripletts „gelesen“, die als mRNA-Codons bekannt sind. Unter Verwendung des Beispiels aus dem vorherigen Absatz sind die mRNA-Codons, die wir haben, UUA und GUC. Der Translationsprozess paart jedes dieser mRNA-Codons mit einem komplementären tRNA-Anticodon. UUA paart sich mit dem tRNA-Anticodon AAU und GUC wird mit CAG paaren.
Jedes tRNA-Molekül enthält eine Anticodon-Stelle, die an mRNA bindet, und eine terminale Stelle, die an eine bestimmte Aminosäure bindet. Das tRNA-Molekül trägt seine Aminosäure zur Translationsstelle. Da die tRNA-Moleküle an die komplementären mRNA-Codons binden, bilden diese Aminosäuren eine wachsende Polypeptidkette. Der Satz von Aminosäuren in der Polypeptidkette bestimmt die Struktur und Funktion des zu synthetisierenden Proteins. Auf diese Weise wird die ursprüngliche DNA-Information schließlich als spezifisches Protein exprimiert.
Um mit unserem Beispiel fortzufahren, nehmen wir an, wir haben die mRNA-Codons UUA und GUC. UUA kodiert für die Aminosäure Leucin und GUC kodiert für Valin, so dass die Polypeptidkette an dieser Stelle aus Leucin gefolgt von Valin bestehen würde. Jeder Aminosäure entsprechen mehrere mRNA-Codons. Ein weiteres Codon, das beispielsweise für Leucin kodiert, ist UUG.
Einige mRNA-Codons codieren überhaupt nicht für eine Aminosäure, sondern fungieren stattdessen als „Stopp“-Codons. Diese Tripletts signalisieren das Ende der Translation und binden an sogenannte Freisetzungsfaktoren, die die Freisetzung der Polypeptidkette bewirken. MRNA-Stopcodons sind UGA, UAG und UAA. Es existiert auch ein entsprechendes Startcodon, das den Beginn der Translation signalisiert. Das übliche Startcodon ist AUG, das für die Aminosäure Methionin kodiert.