Grundlagen der Genetik: DNA-Replikation und Proteinsynthese

Die DNA-Replikation

Kurz vor der Zellteilung wird die DNA repliziert, damit die Tochterzellen die gleiche genetische Information wie die Stammzelle erben. Die genetische Information wird über Gene übermittelt. Im Allgemeinen dient jeder DNA-Strang als Vorlage. Spezifische Enzyme, die DNA-Polymerasen, fügen nacheinander Nukleotide hinzu. So bildet sich eine neue Kette, die komplementär zur Vorlage ist und identisch mit der Kette, die zuvor damit verbunden war. Es entstehen zwei identische DNA-Doppelstränge.

Gelegentlich treten während der DNA-Replikation Fehler auf, die zu Mutationen führen können. Einige dieser Mutationen verursachen bestimmte Krankheiten. Die präzise Komplementarität der Basen ist von außerordentlicher Bedeutung, da sie das Kopieren der DNA-Stränge von einer Stammzelle auf eine Tochterzelle ermöglicht. Diese Eigenschaft ist die Grundlage für viele aktuelle molekularbiologische Techniken.

DNA vermittelt Informationen

Proteine sind große Moleküle, die durch die Verbindung von Aminosäuren gebildet werden. Jedes Protein wird durch eine spezifische Sequenz definiert. Ihre Struktur bestimmt ihre vielfältigen Funktionen: Sie bilden Strukturen, regulieren Prozesse und koordinieren die Funktionen der Organe. Proteine sind biologisch aktive Moleküle, die für die Spezifität jedes Individuums verantwortlich sind.

Die Genexpression: Transkription und Translation

Die Proteinsynthese erfolgt in den Ribosomen im Zytoplasma. Die RNA besteht aus Nukleotiden, ist einsträngig und enthält die gleichen Basen wie die DNA, mit der Ausnahme, dass Thymin durch Uracil ersetzt wird, welches sich an Adenin bindet.

• Transkription: Die RNA-Synthese, bei der die genetische Information aus dem Zellkern kopiert wird. Die resultierende mRNA verlässt den Zellkern.
• Translation: Im Zytoplasma bindet die mRNA an ein Ribosom, das die Nachricht liest und in ein Protein übersetzt.

Dabei wird der genetische Code verwendet, der die Entsprechung zwischen der RNA-Sprache und der Proteinsprache definiert. Jede Gruppe von drei RNA-Basen wird als Codon bezeichnet und entspricht einer der 20 Aminosäuren.

Rekombinante DNA-Technologie

Diese Technologie umfasst Techniken zur Manipulation von DNA. Dabei wird ein DNA-Fragment von Interesse aus einem Spenderorganismus in ein anderes DNA-Molekül (den Vektor) eingefügt. Man erhält ein Molekül mit einer neuen Kombination aus der ursprünglichen DNA und dem Vektor. Es handelt sich um ein DNA-Molekül, das durch die Verbindung von DNA-Segmenten unterschiedlicher Herkunft gebildet wurde.