Gene und DNA: Aufbau, Funktion und genetische Anwendungen

Chemischer Sprachunterricht

Gene sind DNA-Moleküle; sie sind Träger von Informationen, die für die Entwicklung einer Zelle oder eines Individuums wichtig sind. Es handelt sich um Moleküle, die sich selbst kopieren können (Autoreplikation). Sie erfüllen ihre Funktion durch den genetischen Code: Dieser Code wird abgelesen und sein Ausdruck führt zur Synthese spezifischer Proteine. Gene können gezielt durch gentechnische Methoden manipuliert werden. Genetische Manipulation umfasst ein breites Anwendungsspektrum: Gewinnung von Arzneimitteln, Impfstoffen, Diagnostik von Krankheiten, Gentherapie und weitere biotechnologische Anwendungen.

DNA — das Molekül der Vererbung

Gene sind die Träger biologischer Information und kommen daher in allen Zellen vor. Lange Zeit war ihr genauer Ort unbekannt; erst als entdeckt wurde, dass die Zahl der Chromosomen in Keimzellen die Hälfte der Chromosomenzahl in somatischen Zellen beträgt, nahm man an, dass Gene in Chromosomen enthalten sind. Es wurde jedoch diskutiert, welche Moleküle der Chromosomen — DNA oder Proteine — die Erbinformationen tragen.

Heute weiß man, dass ein Gen aus einem Molekül namens DNA (Desoxyribonukleinsäure) besteht. Dieses Molekül trägt die Informationen, die einer Zelle und dem gesamten Organismus biologische Eigenschaften verleihen. Alles an einem Organismus hängt von seiner DNA ab.

Einfache Kette

Das DNA-Molekül besteht aus der Verbindung vieler kleiner Bausteine, der Nukleotide. Jedes Nukleotid besteht aus drei kleineren Teilen: einer Desoxyribose (Zucker), einer stickstoffhaltigen Base und einer Phosphatgruppe. DNA-Nukleotide unterscheiden sich in der Art der stickstoffhaltigen Base. Es gibt vier Typen: Adenin (A), Cytosin (C), Thymin (T) und Guanin (G).

Die Verbindung der Nukleotide bildet eine lange Kette aus abwechselnden Desoxyribose- und Phosphatgruppen. Die stickstoffhaltigen Basen sind an die Desoxyribose gebunden und ragen seitlich aus der Zucker-Phosphat-Rückgratkette heraus.

Doppelhelix und Basenpaarung

1. DNA besteht aus zwei Ketten von Nukleotiden.
2. Die beiden Ketten sind zueinander gewunden und bilden die charakteristische Doppelhelix.
3. Die Verbindung der beiden Nukleotidketten erfolgt durch Paarung der komplementären Basen.
4. Die Basenpaarung folgt einem festen Muster: Adenin (A) paart mit Thymin (T), Cytosin (C) paart mit Guanin (G). Dadurch ist eine Kette die komplementäre Vorlage für die andere.
5. Die Verpackung der DNA im Zellkern ist enorm kompakt: In einer menschlichen Zelle würden die etwa 4 Meter langen DNA-Fäden im Zellkern auf nur wenige Mikrometer komprimiert.

Zusammenfassung:

• Gene sind funktionelle Einheiten aus DNA, die Informationen für Merkmale und Proteine tragen.
• DNA besteht aus Nukleotiden mit vier Basentypen (A, T, C, G).
• Die Doppelhelix und die spezifische Basenpaarung sichern die zuverlässige Weitergabe genetischer Information.