Genetik und Zellbiologie: Von Gentechnik bis Prokaryoten/Eukaryoten

Genetik und Zellbiologie: Grundlagen und Vergleiche

Genetische Technik: Grundlagen und Anwendungen

Genetische Technik: Wissenschaft, die sich mit der Manipulation des genetischen Materials beschäftigt.

Das menschliche Genom

Das menschliche Genom umfasst die vollständige Sequenz der Desoxyribonukleinsäure (DNA).

Techniken der Gentechnik

Rekombinante DNA-Technologie

Bei der Rekombinanten DNA-Technologie wird ein Gen in ein Plasmid (ringförmiges DNA-Molekül) eingefügt. Dies geschieht, nachdem die DNA mit Restriktionsenzymen geschnitten wurde. Dies ermöglicht die Klonierung von bakterieller DNA.

Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

Die PCR-Technik dient dazu, DNA zu vervielfältigen (amplifizieren). Dies geschieht mit einem Gerät namens Thermocycler. Durch eine Reihe von Zyklen kann eine große Menge an DNA-Proben erzeugt werden. Anwendungen finden sich in der Entwicklung von Studien, in polizeilichen Ermittlungen, bei Vaterschaftstests und in der Produktion von Impfstoffen.

Anwendungen der Gentechnik

• Synthese von Medikamenten (z.B. Insulin, Gerinnungsfaktoren, Wachstumshormon, Interferon, Impfstoffe).
• Nutzung in der Landwirtschaft (z.B. Kühe mit mehr Fett, Pflanzen mit größerer Resistenz gegen Schädlinge und Herbizide).
• Behandlung von Erbkrankheiten.

Ethische und ökologische Probleme

Es gibt ethische und moralische Bedenken bezüglich transgener Pflanzen. Langfristige Auswirkungen und mögliche Konsequenzen, wenn diese Pflanzen Krankheiten produzieren, sind ungeklärt.

Organellen: Chloroplasten und Mitochondrien

Chloroplasten

Chloroplasten sind Organellen in Pflanzenzellen. Sie besitzen eine eigene DNA. Im Stroma befinden sich die Photosysteme in den Thylakoiden. Die Thylakoide sind gestapelt und bilden Grana. Die Photosynthese findet in zwei Phasen statt:

• Lichtreaktion (in den Thylakoiden).
• Dunkelreaktion (Calvin-Zyklus im Stroma).

Mitochondrien

Mitochondrien besitzen eine äußere und eine innere Membran, die Cristae bildet, sowie einen Intermembranraum und eine Matrix. In der Matrix befinden sich DNA, RNA, Ribosomen und Enzyme. Hier findet die $\beta$-Oxidation von Fettsäuren und der Citratzyklus statt. Die Atmungskette findet an den inneren Membranen statt.

Vergleich: Chloroplasten und Mitochondrien

Chloroplasten sind Organellen, die nur in Pflanzenzellen vorkommen. Mitochondrien sind Organellen aller eukaryotischen Zellen.

• Beide Organellen besitzen eine Doppelmembran, aber die innere Membran der Chloroplasten bildet keine Cristae.
• In Chloroplasten sind Thylakoidstrukturen im Stroma eingebettet, was bei Mitochondrien nicht der Fall ist.
• Chloroplasten befinden sich im Zytoplasma, oft in Kernnähe oder an der Zellwand. Mitochondrien sind ebenfalls im Zytoplasma verteilt.
• Die Hauptfunktion des Chloroplasten ist die Photosynthese, die des Mitochondriums die Zellatmung.
• Der Raum, der der mitochondrialen Matrix entspricht, ist bei Chloroplasten das Stroma.
• Beide haben ihren Ursprung in der Endosymbiontentheorie.

Vergleich: Pflanzen- und Tierzellen

Pflanzenzellen sind typischerweise angebaut und prismatisch, während Tierzellen eher rundlich geformt sind.

• Tierische Zellen besitzen keine Zellwand, Pflanzenzellen schon. Tierische Zellen haben keine Plasmodesmen, Pflanzenzellen schon.
• Tierische Zellen besitzen Zentrosomen, pflanzliche Zellen nicht.
• Der Zellkern ist bei tierischen Zellen zentral, bei pflanzlichen Zellen oft seitlich verschoben.
• Tierische Zellen haben mehr Mitochondrien und keine Chloroplasten. Pflanzenzellen haben Chloroplasten und Mitochondrien.
• Tierische Zellen sind beweglich, pflanzliche Zellen sind unbeweglich.
• Pflanzliche Zellen haben größere und zahlreichere Vakuolen.
• Pflanzen sind autotroph, Tiere sind heterotroph.

Vergleich: Prokaryoten und Eukaryoten

Eukaryotische Zellen gehören zu Tieren, Pflanzen, Pilzen und Protisten. Prokaryotische Zellen gehören zu Bakterien und Cyanobakterien.

• Eukaryoten sind meist mehrzellig, Prokaryoten sind einzellig.
• Prokaryoten sind kleiner und besitzen keinen echten Zellkern (keine Kernmembran, keine Nucleolen). Eukaryoten besitzen einen Zellkern.
• Prokaryoten besitzen keine membranumschlossenen Organellen. Eukaryoten besitzen diese.
• Pflanzliche Zellen besitzen eine Zellwand, tierische Zellen nicht. Prokaryoten besitzen ebenfalls eine Zellwand.
• Eukaryoten besitzen ein Zytoskelett, Prokaryoten nicht.
• Der Stoffwechsel ist bei Eukaryoten meist aerob, bei Prokaryoten sowohl aerob als auch anaerob möglich.
• Die DNA ist bei Prokaryoten rund und linear, bei Eukaryoten liegt sie in mehreren Chromosomen vor.
• Atmungsenzyme sind bei Prokaryoten in der Plasmamembran lokalisiert, bei Eukaryoten in den Mitochondrien.
• Die Zellteilung erfolgt bei Eukaryoten durch Mitose, bei Prokaryoten durch binäre Spaltung.
• Die Proteinsynthese findet bei Prokaryoten direkt im Zytoplasma statt, bei Eukaryoten findet die RNA-Synthese im Zellkern statt, die Proteinsynthese im Zytoplasma (Ribosomen).