Biologie: Proteinsynthese, Genomik und Biotechnologie

Proteinsynthese

Die Proteinsynthese findet im Zytoplasma an den Ribosomen statt. Ein Ribosom hat zwei Bindungsstellen, an denen die tRNA binden kann:

1. Das Ribosom bindet an die mRNA. Der Initiator-tRNA besetzt die P-Stelle und das nächste Codon die A-Stelle. Das Anticodon der tRNA, das komplementär zum ersten Codon ist, bindet sich an dieses.
2. Anschließend bindet die tRNA mit dem Anticodon, das komplementär zum Codon der A-Stelle ist, an diese.
3. Sobald die beiden tRNAs gebunden sind, verbindet ein Enzym des Ribosoms die beiden Aminosäuren.
4. Die tRNA, die sich in der P-Stelle befand, verlässt das Ribosom ohne ihre Aminosäure. Das Ribosom bewegt sich ein Basentriplett weiter, sodass sich die tRNA, die sich in der A-Stelle befand, nun in der P-Stelle befindet. Eine neue tRNA, die das Anticodon trägt, das komplementär zum Codon der A-Stelle ist, bindet an diese.
5. Die tRNA, die sich in der A-Stelle befindet, bindet ihre Aminosäure an die Aminosäurekette der tRNA, die sich in der P-Stelle befindet. Die tRNA, die sich in der P-Stelle befand, verlässt das Ribosom und das Ribosom bewegt sich ein Basentriplett weiter. Die tRNA, die sich in der A-Stelle befand, befindet sich nun in der P-Stelle und der Prozess wird fortgesetzt. Am Ende der mRNA-Kette befindet sich ein Codon, zu dem es keine tRNA mit einem komplementären Anticodon gibt. Dies dient als Signal zum Abbruch des Prozesses.

Humangenomprojekt: Ziele

• Identifizierung und Lokalisierung der Gene auf den Chromosomen, die Erbkrankheiten verursachen.
• Bestimmung der Nukleotidsequenz jeder Genvariante.
• Ermittlung der Funktion der Gene durch Vergleich mit Gensequenzen, deren Funktionen bekannt sind.
• Identifizierung der Gene, die bestimmte Proteine codieren, und Bestimmung ihrer Rolle bei bestimmten Krankheiten.

Interessante Erkenntnisse

• Die Anzahl der menschlichen Gene beträgt ca. 30.000.
• Viele Gene sind mit denen von Bakterien und anderen einfachen Organismen identisch.
• Es bestehen kaum Unterschiede zwischen den Genomen zweier beliebiger Personen.

Biotechnologie

Die Gentechnik ist ein Teilgebiet der Biotechnologie, das sich mit der Bearbeitung und Übertragung von DNA von einem Organismus auf einen anderen befasst, um neue Sorten zu schaffen oder genetische Defekte zu korrigieren.

Gentechnische Verfahren können mit einem Klon beginnen. Sobald das Gen, das für ein bestimmtes Protein codiert, isoliert wurde, wird es mit anderen kleinen Molekülen, einem Klonierungsvektor, zu einer rekombinanten DNA verbunden. Der Organismus, der diese rekombinante DNA enthält, wird als transgen bezeichnet.

Die wichtigsten Klonierungsvektoren sind Plasmide und bestimmte Viren, wie z. B. Bakteriophagen. Klonierungsvektoren werden in eine Wirtszelle, z. B. ein Bakterium oder eine Hefe, eingeführt. Dies führt zu einer Population von Zellen, die das Protein produzieren, für das das eingeführte Gen codiert.

Anwendungen der Gentechnik

• Produktion von Fremdstoffen, z. B. Antikörpern, in transgenen Pflanzen und Tieren.
• Herstellung von Kunststoffen.
• Resistenz gegen Insektenbefall durch Einführung eines bakteriellen Gens, das für ein insektizides Protein codiert, das für andere Tiere und Menschen unschädlich ist.
• In der Tierproduktion gibt es Versuche, Tiere zu erzeugen, die sehr schnell wachsen und in kurzer Zeit eine Größe erreichen, die für die Vermarktung als Lebensmittel geeignet ist. Beispielsweise wurde in die Eizelle einer Regenbogenforelle ein Wachstumshormon eingeführt.
• In eine Lachsart wurde ein Gen eines Fisches eingeführt, der im Arktischen Ozean lebt und zehnmal schneller wächst und niedrige Temperaturen erträgt.

Anwendungen des Klonens

• Nutztiere: Ermöglicht das Klonen eines Tieres, das sich durch seine Leistung auszeichnet.
• Artenschutz: Ermöglicht das Klonen gefährdeter Arten.
• Medizin: Das Klonen von Tieren kann ein Instrument für die Erforschung der Entwicklung und Analyse von Veränderungen sein, die eine embryonale Zelle erfährt, wenn sie kanzerös wird.

Das Klonen von Menschen

Reproduktives Klonen

Im Zusammenhang mit der Schaffung von Menschen ist dies verboten.

Therapeutisches Klonen

Hierbei geht es nicht um die Erzeugung eines Menschen, sondern um die Gewinnung eines Embryos für die Forschung. Diese Forschung zielt darauf ab, Stammzellen zu gewinnen. Die Technik besteht darin, einen Klon der Person herzustellen, die die Zelle spendet, deren Kern in die Eizelle eingeführt wird. Dies ist für den Fall erforderlich, dass eine Spende benötigt wird, um die Funktion eines Organs oder Gewebes zu reparieren.

Bioethik

Allgemeine Bioethik: Befasst sich mit den ethischen Grundlagen, Werten und Prinzipien, die als Leitlinien für ethische Urteile dienen sollten.

Spezielle Bioethik: Befasst sich mit spezifischen Problemen wie der Manipulation von Embryonen, Abtreibung und Gentechnik.

Die ethischen Grundlagen und die vorgeschlagenen Maßnahmen müssen in der Bioethik klar dargelegt werden.

Chromosomen

Die DNA ist ein großes Molekül mit hohem Molekulargewicht, das Teil des Chromatins im Zellkern ist. Wenn sich das Chromatin verdichtet, bilden sich die Chromosomen.

Doppelhelix

Zwei umeinander gewundene DNA-Stränge bilden eine Doppelhelix.

Die Ribosomen bringen die mRNA mit der tRNA in Kontakt, sodass die Codons der mRNA und die Anticodons der tRNA nacheinander zusammenfinden.