Zentrales Dogma der Biologie und Genetik Grundlagen

Das zentrale Dogma der Biologie

Das zentrale Dogma der Molekularbiologie ist ein Konzept, das die Mechanismen der Übertragung und Expression genetischer Information nach der Entdeckung der DNA-Doppelhelix beschreibt. Es postuliert eine gerichtete Informationsübertragung: DNA wird in Boten-RNA (mRNA) transkribiert, welche anschließend in Proteine übersetzt wird, die die zellulären Funktionen ausführen. Zudem besagt das Dogma, dass nur DNA repliziert werden kann, was die Reproduktion und Weitergabe genetischer Information an die Nachkommen ermöglicht. Es wurde 1970 von Francis Crick formuliert.

Replikationsursprung und Replikationsgabel

• Replikationsursprung: Der Ort auf dem Chromosom, an dem die DNA-Replikation initiiert wird. Es handelt sich um eine spezifische Nukleotidsequenz, an der sich eine Replikationsgabel entwickelt, die zu zwei identischen DNA-Strängen führt.
• Replikationsblase: Ein Bereich, der von zwei Replikationsgabeln begrenzt wird.
• Replikationsgabel: Die Struktur an den Enden der Replikationsblase, an der die DNA-Stränge getrennt werden.

Helikasen und Topoisomerasen

• Helikasen: Lebenswichtige Enzyme, die bei der Replikation, Transkription, Rekombination und DNA-Reparatur sowie der Ribosomenbiogenese eine Rolle spielen. Ihre Aufgabe ist es, die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Stickstoffbasen zu lösen, damit andere Enzyme den Strang als Vorlage kopieren können.
• Topoisomerasen: Enzyme, die die Topologie der DNA verändern. Sie lösen die Spannung der DNA-Doppelhelix, die bei der Trennung der Stränge während der Transkription oder Replikation entsteht.

Primase und DNA-Polymerase

• RNA-Primase: Eine Art von RNA-Polymerase, die während der Replikation kurze RNA-Fragmente (ca. 10 Nukleotide), sogenannte Primer, als Startpunkt für die DNA-Synthese synthetisiert.
• DNA-Polymerase: Enzyme, die an der DNA-Replikation beteiligt sind, um jeder Tochterzelle eine Kopie des Originals während der Mitose zu geben. Sie synthetisieren neue DNA-Stränge, indem sie Desoxyribonukleotid-Triphosphate (dNTPs) komplementär zur DNA-Vorlage anfügen.

Unterschied zwischen aerober und anaerober Zellatmung

• Aerobe Atmung: Nutzt O₂ als finalen Elektronenakzeptor. Dies ist der am weitesten verbreitete Prozess, typisch für viele Bakterien und eukaryotische Organismen mit Mitochondrien.
• Anaerobe Atmung: Hierbei wird kein Sauerstoff verwendet; stattdessen dienen andere Stoffe, meist Mineralien oder Stoffwechselprodukte anderer Organismen, als Elektronenakzeptor.

Zellatmung vs. Gärung

• Zellatmung: Besteht aus einer vollständigen Oxidation organischer Verbindungen, wobei der finale Elektronenakzeptor ein anorganischer Stoff ist. Es werden 36 oder 38 ATP produziert.
• Gärung (Fermentation): Besteht aus einer unvollständigen Oxidation, bei der der finale Elektronenakzeptor eine organische Verbindung ist. Dies ist ein anaerober Prozess, bei dem nur zwei ATP gewonnen werden.

Genetische Definitionen

• Genotyp: Die genetische Ausstattung eines Organismus für ein oder mehrere Merkmale (Allele), die den Phänotyp bestimmen.
• Phänotyp: Die Gesamtheit der beobachtbaren Merkmale eines Organismus.
• Heterozygot: Ein Organismus, der für ein bestimmtes Merkmal zwei verschiedene Allele besitzt.
• Homozygot: Ein Organismus, der für ein bestimmtes Merkmal zwei identische Allele besitzt.
• Gen: Eine Einheit der genetischen Information, die einem DNA-Abschnitt auf einem Chromosom entspricht.
• Allel: Eine der alternativen Formen eines Gens an einem bestimmten Genort auf einem Paar homologer Chromosomen.
• Dominanter Erbgang: Ein Erbgang, bei dem ein dominantes Allel die Ausprägung eines rezessiven Allels unterdrückt. Das rezessive Merkmal wird bei heterozygoten Individuen maskiert.
• Intermediärer Erbgang: Eine Form der Vererbung, bei der beide Allele gleichermaßen zum Ausdruck kommen und das Merkmal des hybriden Individuums eine Mischform zwischen den Eltern darstellt (oft als Kodominanz bezeichnet).