Grundlagen der Genetik und Neurobiologie

Genetik und Vererbung

Genetik ist die Wissenschaft, die die Mechanismen der Vererbung untersucht, also wie Merkmale von den Eltern auf das Kind übertragen werden. Die Grundeinheiten der Vererbung sind die Gene, die den Fortbestand der Arten ermöglichen und sicherstellen, dass jedes Individuum einzigartige und unwiederholbare Merkmale besitzt.

Jede Zelle im Körper enthält 23 Chromosomenpaare, bestehend aus DNA-Strukturen, die Ihren Genotyp oder Ihr genetisches Erbe bestimmen. Es gibt 22 Paare von Chromosomen, die nicht mit dem Geschlecht zusammenhängen (Autosomen), und ein Paar Geschlechtschromosomen, X und Y genannt.

DNA ist ein Molekül in einer Doppelhelix, das durch chemische Basen verbunden ist: Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin. Die Reihenfolge dieser Basen stellt den genetischen Code dar.

Das menschliche Genom

Das Genom ist die Gesamtheit der Chromosomen eines Organismus mit den entsprechenden Genen. Das Genom jeder Art definiert, was möglich ist: Delphine können Akrobatik im Wasser vollführen, Bienen können Honig produzieren und Menschen können Vernunft entwickeln.

Neuronen und ihre Botschaften

Das Nervensystem besteht aus zwei Zelltypen: Neuronen und Gliazellen. Neuronen sind die wichtigsten Zellen des Nervensystems; sie stellen die anatomische und funktionelle Einheit des menschlichen Gehirns dar und sind für die Verarbeitung von Informationen spezialisiert. Ihre äußere Membran ermöglicht die Weiterleitung von Nervenimpulsen und die Kommunikation zwischen ihnen über Verbindungen, die sogenannten Synapsen.

Zusammensetzung der Neuronen

Neuronen bestehen aus einem Zellkörper und mehreren Ausläufern, den sogenannten Axonen und Dendriten. Ihre Funktion ist der Empfang und das Aussenden von Signalen.

• Der Zellkörper enthält den Kern, den Speicher der genetischen Information, und Organellen, die für die Synthese von Ribonukleinsäure und Proteinen zuständig sind.
• Axon: Eine Verlängerung des Neurons, die Nervenimpulse vom Zellkörper zu einem anderen Neuron oder zu einem Effektor leitet.
• Dendriten: Verzweigte Ausläufer des Zellkörpers, die wie die Äste eines Baumes aussehen und als Rezeptoren für Signale von anderen Neuronen fungieren.

Klassifizierung von Neuronen

Strukturelle Klassifizierung

• Unipolar: Besitzen eine einzige Verlängerung. Sie sind charakteristisch für das Nervensystem.
• Bipolar: Besitzen zwei Ausläufer und sind oft sensorisch.
• Multipolar: Besitzen ein Axon und viele Dendriten.

Funktionale Klassifizierung

• Sensorische Neuronen: Leiten Informationen von den Geweben zum Rückenmark und Gehirn.
• Motorneuronen: Leiten Informationen vom Rückenmark zu den Muskeln und Drüsen.
• Interneuronen: Speichern und übertragen Reize an Motoneuronen.

Der Nervenimpuls

Eine elektrische Welle bewegt sich durch die Zellmembran des Neurons und seine Ausläufer, als ob das Neuron eine winzige Batterie wäre, die Strom erzeugen kann.

Neuronale Synapsen

Eine Synapse ist die Verbindung zwischen zwei Neuronen, die die Interaktion und den Informationsaustausch zwischen Nervenzellen untereinander bzw. zwischen Nervenzellen und Muskel- oder Drüsenzellen ermöglicht. Die Synapse besteht aus drei Elementen: dem präsynaptischen Terminal, der postsynaptischen Zelle und dem synaptischen Spalt.

• Elektrische Synapsen: Entstehen durch den direkten Stromfluss vom präsynaptischen auf das postsynaptische Neuron durch Kanäle, die das Zytoplasma beider Zellen verbinden.
• Chemische Synapsen: Sie sind langsamer als elektrische Synapsen, weil die präsynaptische Nervenzelle Neurotransmitter freisetzt, die den synaptischen Spalt überqueren und an Rezeptoren auf der postsynaptischen Zellmembran binden.

Neurotransmitter

Ihre Aufgabe ist die Kommunikation zwischen Neuronen. Die wichtigsten Neurotransmitter sind:

• Dopamin: Reguliert die motorische Aktivität und beeinflusst Reaktionen auf verschiedenen Ebenen in vielen Teilen des Gehirns.
• Serotonin: Spielt eine Rolle bei der Regulierung von Stimmungen, der Kontrolle der Nahrungsaufnahme, des Schlafs und der Schmerzregulation.
• Noradrenalin: Ist ein Neurotransmitter des sympathischen Nervensystems (ANS) und ist an Notfallreaktionen beteiligt.
• Acetylcholin: Fungiert als ein Bote an allen Verbindungsstellen zwischen motorischen Nerven und Muskeln.