Grundlagen der Genetik: DNA, RNA und Vererbung

Grundlagen der Genetik und Vererbung

Fortpflanzung

Sexuelle Fortpflanzung

Die sexuelle Fortpflanzung erfolgt durch spezialisierte Zellen, sogenannte Keimzellen. Zwei Individuen sind beteiligt, wobei jeder Elternteil einen Geschlechtsgameten (Keimzelle) von Vorläuferzellen bereitstellt.

Asexuelle Fortpflanzung

Hierbei sind keine Gameten beteiligt. Die Nachkommen stammen von nur einem Elternteil ab.

Jeder Zellbestandteil enthält Anweisungen, die für die Entwicklung seiner eigenen, artspezifischen Eigenschaften notwendig sind. Diese Informationen (Genetik) sind in einer Substanz enthalten, der Desoxyribonukleinsäure (DNA), die sich in den Chromosomen im Zellkern befindet. Die DNA ist der materielle Träger der genetischen Information (Gene).

Die Desoxyribonukleinsäure (DNA)

Chemische Zusammensetzung der DNA

Chemisch gehört die DNA zur Gruppe der Nukleinsäuren. Die Bestandteile der DNA sind Nukleotide, die jeweils aus der Vereinigung folgender Komponenten bestehen:

• Ein Molekül Phosphorsäure
• Ein Monosaccharid (Desoxyribose)
• Eine stickstoffhaltige Base (Adenin A, Guanin G, Cytosin C und Thymin T)

Nukleotide schließen sich zusammen, um lange Ketten (Nukleinsäuren) zu bilden, wobei die Phosphorsäure die Monosaccharide zweier aufeinanderfolgender Nukleotide verbindet.

Struktur der DNA (Watson und Crick Modell)

Nach dem Modell von Watson und Crick besteht jedes DNA-Molekül aus zwei langen Nukleotidketten, die parallel verlaufen und sich um eine Achse winden, wodurch eine Doppelhelix entsteht. Die genetische Information liegt in der Reihenfolge der Nukleotide in der DNA. Dabei gilt die Basenpaarungsregel: A = T und C = G.

DNA-Replikation (Vervielfältigung)

Damit Tochterzellen die gleichen genetischen Informationen wie die Mutterzellen erhalten, müssen exakte Kopien erstellt werden. Die Vervielfältigung oder DNA-Replikation beginnt mit dem Entwinden und der Trennung der beiden molekularen Ketten. Jede Kette dient als Vorlage für die Synthese eines neuen Strangs durch die Anlagerung komplementärer stickstoffhaltiger Basen. Das Ergebnis ist die Bildung von zwei exakt gleichen Tochter-DNA-Molekülen. Durch die DNA werden die Gene an die Nachkommen weitergegeben.

Gene und Proteinsynthese

Die DNA enthält die Information darüber, wie Aminosäuren positioniert werden müssen, um Proteine zu bilden. Der Unterschied zwischen den Proteinen liegt in der Platzierung der Aminosäuren.

Definition Gen

Ein Gen ist jedes DNA-Fragment, das die Synthese eines Proteins reguliert, welches für das Auftreten eines bestimmten Merkmals verantwortlich ist.

Proteinsynthese

Die Proteinsynthese ist der Prozess, durch den die genetische Information in den Zellen exprimiert wird.

Ribonukleinsäure (RNA)

Neben der DNA enthalten alle Zellen eine weitere Nukleinsäure: die Ribonukleinsäure (RNA). Ihre Zusammensetzung ähnelt der DNA, weist jedoch einige Unterschiede auf:

• Ihre Nukleotide enthalten Ribose anstelle von Desoxyribose.
• Anstelle der stickstoffhaltigen Base Thymin (T) enthält die RNA die Base Uracil (U).
• RNA besteht nur aus einer einzigen Nukleotidkette.

Die DNA steuert die Bildung von RNA und Proteinen.

Der Genetische Code

Die Reihenfolge der Nukleotide in der DNA eines Gens bestimmt die Reihenfolge der Aminosäuren im entsprechenden Protein. Die Entsprechung zwischen Aminosäuren und Nukleotiden wird als Genetischer Code bezeichnet. Es handelt sich um einen Triplett-Code: Jede Aminosäure wird durch eine Gruppe von 3 Nukleotiden, ein Triplett oder Codon, bestimmt.