Molekularbiologie: mRNA, Transkription, Translation und Gentechnik

Molekularbiologie: mRNA-Synthese, Transkription und Translation

Synthese der Boten-RNA (mRNA) ist ein Prozess, bei dem die beiden Stränge der DNA-Doppelhelix getrennt werden. Jeder Strang dient als Vorlage, um den komplementären Strang zu synthetisieren. Für diese Synthese wird das DNA-Enzym RNA-Polymerase benötigt.

In allen lebenden Zellen eines Organismus, die aus derselben Zygote hervorgehen, sind die gleichen genetischen Informationen vorhanden. Eine Muskelzelle und eine Hautzelle besitzen daher dieselben Informationen, exprimieren jedoch unterschiedliche Teile davon.

Transkription

Die Transkription ist die Synthese der mRNA anhand eines DNA-Strangs. Dabei entsteht durch Komplementarität eine RNA-Kopie des Gens. Die so entstandene reife mRNA wird nach dem Prozess der Reifung aus dem Zellkern in das Zytoplasma transportiert, wo sie den Ribosomen die genetischen Informationen überträgt.

Translation und genetischer Code

Bei der Translation lesen die Ribosomen die Anweisungen der mRNA. Die Nukleotide der mRNA bestimmen die Abfolge der Aminosäuren. Da es 20 verschiedene Aminosäuren gibt, codieren Tripletts aus drei Nukleotiden (Codons) jeweils eine bestimmte Aminosäure. Da dieser Code bei nahezu allen Lebewesen gemeinsam ist, können auch Proteine verschiedener Arten sehr ähnlich sein.

Gentechnik

Gentechnik beschreibt Verfahren, mit denen das Genom gezielt verändert werden kann, etwa durch Ausschneiden und Einfügen von DNA-Abschnitten. Sie hat zahlreiche Anwendungen, unter anderem in der Genfunktionsanalyse, der Genom-Sequenzierung, der Krankheitsdiagnose, der Synthese von Stoffen sowie in der Zucht von Tieren und Pflanzen.

a) Rekombinante DNA

Rekombinante DNA sind DNA-Fragmente unterschiedlicher Herkunft, die miteinander kombiniert werden. Solche Mechanismen existieren in Lebewesen schon immer in natürlicher Form.

Molekulare Biologie des Lebens

Die Molekularbiologie untersucht das Leben auf molekularer Ebene, insbesondere die DNA-Replikation, die RNA-Synthese, die Beziehung zwischen mRNA und Proteinsynthese, die Regulation der Genexpression sowie die Proteinregulation.

a) Aufbau der DNA

Die DNA-Doppelhelix besteht aus zwei antiparallelen Strängen aus Nukleotiden. Dabei paaren sich Adenin mit Thymin und Cytosin mit Guanin. Das DNA-Molekül wird nur aus vier Nukleotidtypen gebildet, dennoch ist die Variabilität durch die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten sehr groß.

Bestandteile der DNA

• DNA: Chemische Verbindung, die im Zellkern in Form von Chromosomen vorliegt und genetische Informationen speichert.
• Nukleotid: Die Untereinheiten der DNA, aus denen die DNA-Stränge bestehen.
• Gen: Ein DNA-Abschnitt, der die Information für die Expression eines Merkmals kodiert. Ein Gen kann die Produktion eines Enzyms oder Proteins steuern.
• Protein: Erleichtert chemische Reaktionen als Enzym und ist an nahezu allen zellulären Vorgängen beteiligt.

b) Zusammenhang von Gen und Protein

Ein Gen ist definiert als ein DNA-Abschnitt, der die Information für ein bestimmtes Protein kodiert. Die Abfolge der Nukleotide bestimmt die Abfolge der Aminosäuren im Protein.

Junk-DNA

Als Junk-DNA bezeichnet man DNA-Abschnitte, die keine für Proteine kodierenden Gene enthalten und deren biologische Funktion teilweise noch unbekannt ist.

Replikation

Bei der Replikation entstehen aus einem DNA-Molekül zwei identische DNA-Kopien. Jeder Strang dient dabei als Vorlage für einen neuen komplementären Strang, wobei das Prinzip der Basenpaarung der stickstoffhaltigen Basen genutzt wird.

Sequenzen der Reparatur beschädigter DNA

Beschädigte DNA kann durch spezielle Reparaturmechanismen korrigiert werden, um die Stabilität des Genoms zu erhalten.