Grundlagen der Molekularbiologie und Biotechnologie

Nukleinsäuren

Sie speichern und übermitteln genetische Informationen. Es sind Makromoleküle, die durch die Verknüpfung von Nukleotiden gebildet werden (DNA und RNA).

Nukleotide

Bestehen aus Phosphorsäure, einer Pentose und einer stickstoffhaltigen Base (G, C, A, T, U).

DNA (Desoxyribonukleinsäure)

• Molekülträger der Erbinformation
• Doppelhelix, antiparallel und komplementär
• Enthält Desoxyribose und Thymin
• Kann sich replizieren (identische Kopien von sich selbst erstellen)

RNA (Ribonukleinsäure)

• Beteiligt an der Expression der DNA-Information durch Proteinsynthese
• Enthält Ribose und Uracil
• Typen: mRNA, rRNA, tRNA

RNA-Typen

mRNA (Messenger-RNA)

Kopiert Informationen von der Kern-DNA und transportiert sie zum Ribosom.

rRNA (ribosomale RNA)

Assoziiert mit Proteinen und bildet die Ribosomen, in denen Proteine synthetisiert werden.

tRNA (Transfer-RNA)

Bindet an Aminosäuren und transportiert sie zum Ribosom, um Proteine zu bilden.

Gen

Ein DNA-Fragment, das die Information für ein Protein trägt, welches für die Ausprägung einer bestimmten Eigenschaft in einem Individuum notwendig ist.

Genom

Der vollständige Satz der Gene eines Organismus.

Humanes Genomprojekt (HGP)

Ziel: Identifizierung und Bestimmung der Funktion aller menschlichen Gene sowie Lokalisierung ihrer Position auf den Chromosomen.

Mutationen

Zufällige Veränderungen, die in der DNA eines Organismus auftreten. Sie sind eine Quelle der genetischen Variabilität und ein Motor für die Evolution der Arten.

Klassifizierung von Mutationen

• Nach Auswirkung: Schädlich, nützlich und neutral.
• Nach Ort:
  • Somatische Mutationen: Entstehen in Körperzellen, können schwere Verletzungen oder Krankheiten verursachen, sind aber nicht erblich.
  • Keimbahnmutationen: Treten in Keimzellen (Gameten) auf und sind erblich.
• Nach Art der Veränderung:
  • Genmutationen: Verursachen Veränderungen in der Nukleotid-Sequenz eines Gens.
  • Genommutationen: Verändern die Gesamtzahl der Chromosomen.
  • Chromosomenmutationen: Verursachen Änderungen, die die interne Struktur der Chromosomen beeinflussen.

Proteine

Große Moleküle, die sich aus der Kombination von Aminosäuren zusammensetzen.

Triplett

Eine Kombination aus drei Nukleotiden. DNA-Informationen sind in Dreiergruppen organisiert.

Genexpression: Transkription und Translation

Transkription

Kopie der genetischen Information von der DNA in ein mRNA-Molekül. Thymin wird dabei durch Uracil ersetzt.

Translation

Übersetzung der in der mRNA enthaltenen Nachricht in die Sprache der Proteine. Dies geschieht im Zytoplasma an den Ribosomen, die die Informationen in Form von Tripletts (Codons) lesen und in Proteine übersetzen.

Genetischer Code

Die Korrelation zwischen den mRNA-Codons und den Aminosäuren, die Proteine bilden.

Biotechnologie

Die Nutzung von lebenden Organismen oder Teilen davon, um Produkte von Interesse für den Menschen zu erhalten.

Gentechnik

Beinhaltet die Manipulation der DNA eines Organismus, um einen praktischen Zweck zu erreichen. Wichtige Werkzeuge sind Restriktionsenzyme, Vektoren und DNA-Ligasen.

Anwendungen der Gentechnik

• Herstellung von Medikamenten (z.B. Insulin)
• Verbesserung der landwirtschaftlichen Produktion
• Tier- und Gentherapie (Behandlung von Krankheiten, die durch genetische Störungen verursacht werden, z.B. Parkinson, Diabetes)

GVO-Lebensmittel

Alle Lebensmittel, denen ein Gen (Transgen) aus einem anderen Organismus eingeführt wurde.

Klonen

Die Schaffung einer oder mehrerer identischer Kopien eines Originals.

Therapeutisches Klonen

Wird verwendet, um Krankheiten zu behandeln und Gewebe zu regenerieren (z.B. Nervengewebe). Benötigt Stammzellen (undifferenzierte Zellen, die sich unbegrenzt teilen und zu verschiedenen Zelltypen und Geweben führen können).

Reproduktives Klonen

Dient dazu, Individuen zu erzeugen, die genetisch identisch mit dem Original sind.

1. Entfernen von somatischen Zellen (z.B. Mamma-Zellen).
2. Gewinnung einer Eizelle und Entfernung ihres Kerns.
3. Fusion der somatischen Zelle mit der kernlosen Eizelle.
4. Entwicklung des Embryos in vitro.
5. Implantation des Embryos in eine Leihmutter.
6. Geburt eines genetisch identischen Individuums.