Grundlagen der Biologie: Evolution, Genetik und Krankheiten

Hominiden-Evolution: Die Entwicklung des Menschen

Vor 1 bis 2 Millionen Jahren erschien in Ostafrika der erste Werkzeugmacher, was das Auftreten des ersten Menschen markiert: Homo habilis.

Darauf folgte der Hominide Homo ergaster. Dieser unternahm eine große Reise und verbreitete sich in Afrika und vor 1,5 Millionen Jahren auch in Indonesien und China.

Der Wandel führte zu Homo erectus. Dieser Hominide erreichte eine Höhe von bis zu 1,80 m, hatte einen großen Kopf, war Fleischfresser und beherrschte das Feuer. Er existierte bis vor etwa 50.000 Jahren.

Die aktuellen Hominiden, der Neandertaler (Homo neanderthalensis) und der Homo sapiens (die Art, zu der wir gehören), entstanden vor 200.000 Jahren. Homo sapiens besiedelte ganz Europa und widmete sich vor allem der Erforschung.

Proteinsynthese: Vom Gen zum Protein

Die Herstellung von Proteinen ist im entsprechenden Gen kodiert. Die Synthese erfolgt durch Ribosomen im Zytoplasma der Zelle. Die RNA ist der Träger der genetischen Information und weist die Zelle an, Proteine herzustellen, welche die zellulären Funktionen ausführen.

Der Prozess der Proteinherstellung ist als Proteinsynthese bekannt. Der erste Schritt ist die Transkription: Die in der DNA gespeicherte Information wird auf ein RNA-Molekül übertragen. Die Boten-RNA (mRNA) dient als Grundlage für die Übersetzung der DNA-Information.

Krebs und Tumorentstehung

Krebs ist eine Gruppe von Krankheiten, bei denen es zur unkontrollierten Produktion von bösartigen Zellen kommt. Die meisten Krebsarten bilden Tumoren.

Wichtige Begriffe:

• Metastasierung: Die Ausbreitung von Krebszellen vom Ursprungsort, hauptsächlich über die Lymph- oder Blutbahn, und das Wachstum neuer Tumoren in entfernten Körperteilen.
• Invasivität: Die Fähigkeit der Krebszellen, in benachbarte Gewebe einzudringen und sich dort auszubreiten.

Ein bösartiger Tumor besteht aus Zellen, die sich vom ursprünglichen Ort lösen und neue Tumore in anderen Körperteilen erzeugen können.

AIDS und das HI-Virus (HIV)

Das HI-Virus (HIV) ist ein Retrovirus, das RNA anstelle von DNA enthält. Das Virus zerstört langsam das Immunsystem, das den Körper eigentlich schützen sollte, was schließlich zur tödlichen Immunschwächekrankheit AIDS führt.

HIV findet sich in folgenden Körperflüssigkeiten:

• Blut
• Sperma
• Vaginalflüssigkeit
• Muttermilch

AZT ist ein Medikament, das zur Behandlung von Menschen mit dem HI-Virus eingesetzt wird. Eine Art von Impfstoff, die derzeit evaluiert wird, ist der DNA-Impfstoff. Dabei wird die DNA des Erregers in ein Plasmid eingefügt und zur Immunisierung in das Individuum injiziert.

Definition und Aufbau eines Gens

Ein Gen ist eine lineare Sequenz von Nukleotiden im DNA-Molekül (oder RNA im Falle einiger Viren). Es enthält die notwendigen Informationen für die Synthese von Makromolekülen mit spezifischer zellulärer Funktion, in der Regel Proteine, aber auch mRNA, rRNA und tRNA.

Viele Gene sind unterbrochen: Sie bestehen aus kodierenden Regionen (Exons), die durch nicht-kodierende Regionen (Introns) getrennt sind. Die Introns werden während der RNA-Prozessierung entfernt.

Chromosomen und Vererbung

Chromosomen sind die Träger des größten Teils des genetischen Materials. Sie bestimmen die Organisation des Lebens und die vererbten Merkmale einer Art. Alle Individuen einer Art besitzen die gleiche Anzahl von Chromosomen.

Chromosomen werden während der Zellteilung sichtbar und kehren nach Abschluss in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Die Chromosomen einer Zelle unterscheiden sich in Größe und Form. Jeder Typ liegt in zwei Exemplaren vor, weshalb die Chromosomenzahl als diploid (2N) bezeichnet wird.

Geschlechtszellen und Vererbung

Während der Bildung von Geschlechtszellen (Gameten) wird die Chromosomenzahl auf haploid (N) reduziert. Die Befruchtung der Eizelle durch das Spermium stellt die diploide Zahl (2N) wieder her, wobei N vom Vater und N von der Mutter stammt.

Neben den Autosomen, die Paare bilden, gibt es die X- und Y-Chromosomen, die das Geschlecht bestimmen:

• Frauen: Zwei X-Chromosomen (XX).
• Männer: Ein X-Chromosom und ein Y-Chromosom (XY).

Diese Geschlechtszuordnung durch ein einziges Chromosomenpaar erklärt den annähernd gleichen Anteil von Männern und Frauen.

Struktur des DNA-Moleküls

Das DNA-Molekül ist eine Substanz, die aus zwei langen, parallelen Ketten besteht, welche zu einer Doppelhelix verdrillt sind. Jede DNA-Kette besteht aus Phosphatgruppen, Zucker (Desoxyribose) und stickstoffhaltigen Basen.

Es gibt vier Arten von Basen:

• Adenin (A)
• Thymin (T)
• Guanin (G)
• Cytosin (C)

Die Reihenfolge, in der diese vier Basen entlang der DNA angeordnet sind und Paare bilden (A mit T, G mit C), ist der Schlüssel zur Speicherung biologischer Informationen.

Das Humane Genomprojekt (HGP)

Das Humane Genomprojekt war ein internationales Forschungsprojekt mit dem wissenschaftlichen Ziel, die Reihenfolge der chemischen Basenpaare, aus denen die DNA besteht, zu definieren und die Gene des menschlichen Genoms aus funktionaler Sicht zu identifizieren.

Das menschliche Genom (die DNA-Sequenz eines Menschen) ist in 24 Fragmente unterteilt und besteht aus etwa 25.000 bis 30.000 verschiedenen Genen. Jedes dieser Gene enthält die notwendige Information, die für ein oder mehrere Proteine kodiert.

Gentechnisch veränderte Organismen (GVO)

Ein transgener Organismus (GVO) ist ein Organismus, dessen genetisches Material durch die künstliche Einführung eines exogenen Gens verändert wurde, das von einem völlig anderen Organismus stammt. Bei transgenen Organismen scheint es keine Grenzen für die Vermischung von Genen zweier Arten zu geben.

Vorteile von GVO:

• Einführung nur eines Gens in den Organismus, ohne andere Gene zu stören.
• Produktion neuer Lebensmittel.
• Erhöhte Produktivität.
• Bekannte Resistenz gegen Krankheiten.

Nachteile von GVO:

• Höhere Gehalte an giftigen Rückständen.
• Mögliche Auslösung neuer Allergien in Lebensmitteln.
• Ökologische Auswirkungen auf die Pflanzenproduktion.