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Was ist das überhaupt, DNS. Oft wird sie als Bauplan des Lebens bezeichnet, als Code für unseren Körper. Als Anleitung für unser Aussehen und unsere Hautfarbe. Als unser Erbgut. Forscher erhoffen sich durch Gentechnologie den "perfekten Menschen". Andere sehen durch sie den Weg, gefährliche Krankheiten zu besiegen. Wiederum andere sehen in Gentechnologie eine potenzielle Gefahr, der der Mensch nicht gewachsen ist. Bewegen wir uns tiefer in das Thema "Gentechnologie", und sehen wir uns an, was das überhaupt ist-ein Gen...
Die DNS hat jeder Organismus in sich, und das viele, viele mal. Sie hat ihren Sitz im Zellkern einer jeden Zelle, ob in einer Pflanzen-Tier oder Bakterienzelle. Sie ist dort zu zwei spiralförmigen Strängen aufgewunden, der sogenannten Doppelhelix. Diese zwei spiralförmigen Stränge werden von vier Grundeinheiten zusammengehalten, es sind chemische Verbindungen, genannt Nucleotiden. Sie sind das "Rückrad" (vereinfachte Darstellung eines DNS-Strangs ist auf dem Bild "Proteinsynthese" zu sehen) der DNS. Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T) werden sie genannt.
Immer zwei dieser Stoffe (dabei passen aber nur C und G, und A und T ineinander) sind miteinander verbunden.
Was aber nun macht den Code überhaupt aus? Es ist die Reihenfolge der ineinander verketteten Nucleotiden, die zählt. Immer je drei von ihnen bildet eine Informationseinheit (Codon), man kann es auch als Baustein bezeichnen. Es gibt 64 mögliche Kombinationen, also 64 Codons. Fast alle davon codieren für eine Aminosäure. Drei der 64 Codons sind die sogenannten Stopp-Codons, und bewirken einen Abbruch der Proteinherstellung. Es bleiben also 61 Codons für Aminosäuren. Da aber in Proteinen nur 20 verschiedene Aminosäuren vorhanden sind, ist daraus zu schließen, dass für die meisten Aminosäuren bis zu acht Codons codieren. Das nennt man "Degeneration". Doch das dient als Vorteil:
Z.B. für die Aminosäure Leucin gibt es sechs verschiedene Codons (UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG). Wenn bei der Proteinsynthese (*siehe nächste Seite "Die Proteinsynthese")) nun bei der Transkription (*siehe nächste Seite) statt CUU durch eine Mutation der DNS versehendlich CUA in die MRNA (*siehe nächste Seite) eingebaut wird, hätte das keine Auswirkung auf die Synthese, da CUA ebenfalls für die Aminosäure Leucin steht. Es kann aber trotzdem passieren, dass bei einem Protein eine falsche Aminsäure eingebaut wird.
Proteine bestehen also aus Aminosäuren. Besteht ein Protein z.B. aus 100 Aminosäuren, so müsste der Anteil des dafür bestimmten DNS- Abscnittes 300 Nucleotiden, also eben 100 Bausteine lang sein. Damit die Zelle weiß wann sie beginnen und anfangen soll, ein Protein herzustellen gibt es auch Codons die für den Anfang und das Ende eines Abschnittes verantwortlich sind. Einen fertigen Abschnitt mit allen dazugehörenden Einheiten nennt man dann Gen. Taußende von diesen Genen sind auf einem DNS-Strang aneinandergereiht. Diese fertigen Abschnitte sind alle zu "Knäudeln" aufgewickelt, die wiederum sogenannte Chromosomen bilden. Die Anzahl der Chromosomen ist von Spezies zu Spezies verschieden. Der Mensch, beispielsweiße, hat 22 Chromosomenpaare, mit dem Geschlechtschromosom 23.
In ausgestreckter Form würden die DNS-Fäden in einer Zelle eine Länge von 1 ½ Metern ergeben.
Gene von verschiedenen Spezies im Vergleich:
Ein Virus besteht nur aus sehr wenigen Proteinen. Wenn man seine genetische Information niederschrieben würde, so währen das nur etwa 3000 Buchstaben (=A,T, G, T), also würde man nur ein schreibmaschinengeschriebenes Blatt voll bekommen.
Bei einer Bakterie würde die genetische Information schon 1000 Seiten füllen.
Und die eines Menschen würde 1000 Bücher mit je 1000 Seiten füllen.
Transkription-Translation Die Proteinsynthese
Die Proteine werden Transkription und die Translation hergestellt. (Siehe bildliche Abfolge, nächste Seite, Nummer 1.))Als erstes wird eine Abschrift des beliebigen DNS-Abschnittes, also des Gens, gemacht.
Bei der Proteinsynthese gibt es aber zwei verschiedene Vorgänge.
Dabei kommt es auf den Zellentyp an. Einer der beiden ist der Prokaryont.
Am Gen gibt es Kontrollregionen, die für Anfang (Promotor (P) u. Operator(O)) und das Ende (Terminator(T)) verantwortlich sind.
( 1.))Bei P und O beginnt die Umschreibung in RNA (Ribonukleinsäure), bei T endet sie. Die Umschreibung passiert durch das Enzym "RNA Polymerase". Es bindet sich an das Gen kurz vor den Promotor. Es fährt die Sequenz ab, und tastet sie dabei auch langsam ab.(2.)) Wenn es den Promotor erkennt, beginnt die Umschreibung.
Das Enzym teilt die Doppelhelix für diesen Vorgang kurz, und stellt jetzt einen mRNA (messenger RNA) Strang her. Das Enzym schreibt für T ein A, für A ein U (Uracil), für C ein G und für G ein C, es "übersetzt" das Gen sozusagen. Beim Terminator endet diese Übersetzung, kann nachher aber wieder beginnen, da bei Prokaryonten mehrere Gene hintereinander liegen können. Nach der Transkription bildet die DNS wieder den ursprünglichen Doppelstrang.
(3.))Noch während der Transkription ist die Translation im Gange. Ein wichtiger Bestandteil dieses Vorganges sind Ribosomen, die für die Abtastung der mRNA verantwortlich sind, indem sie sich an die mRNA binden. Es gibt wieder ein Startsignal. (4.)) Jetzt kommt die tRNA (transfer RNA) ins Spiel. Das Ribosom tastet die mRNA ab, und ließt den Code. Dieser Code steht für eine bestimmte Aminosäure, welche von der dazu passenden tRNA zur mRNA transportiert wird. Die tRNA bindet sich an die mRNA. Das Ribosom wandert zum nächsten Codon, und genau der selbe Vorgang wiederholt sich: Es ließt den Codon, findet die dazu passende tRNA mit der passenden Aminosäure, und bindet sich an die mRNA.
Nun passiert folgendes: (5.)) Die Aminosäure der vorigen tRNA verknüpft sich mit der nächsten. Jetzt hat die nun unbeladene tRNA ihren Job erfüllt , und löst sich wieder, um im Cytoplasma wieder beladen zu werden.
Dieser Vorgang wiederholt sich immer wieder, bis jede Menge Aminosäuren verknüpft, und das Protein fertiggestellt ist.
In der Zelle werden normalerweise 20 Aminosäuren in der Sekunde hergestellt. Das fertige Protein faltet sich dann und widmet sich seiner zugeordneten Funktion.
Was ist nun aber der Unterschied von Prokaryonten (PR) und sogenannten Eukaryonten (EU), der andere Zellentyp?
Bei PR passiert die Transkription und die Translation im Cytoplasma, die Zelle hat keinen Zellkern.
Deswegen kann die Translation schon während der Trankription passieren. Bei Eukaryonten ist ein Zellkern vorhanden. Die Transkription ist eigentlich gleich, nur geschieht sie im Zellkern, und die Translation im Cytoplasma.
Außerdem hat der EU ein sogenanntes "Käppchen" zur Stärkung des Immunsystems. Es verhindert das fremde RNA umgewandelt wird. Und der EU besitzt ein "Polyarschwänzchen", das die Zelle "haltbar macht".
Wir haben also zwei Zelltypen kennen gelernt. Aber woher werden diese Informationen gewonnen? Ein wesendlicher Teil der Zellforschung ist die
im amerikanischen Rockville liegende Zellbank ATCC (American Type Culture Collection), wo viele taußende Zellkulturen. Pflanzen, Ba |
