Warum nennt man gene rezepte?
Das
ist eine Einheit für Informationen über erbliche Merkmale, die von den Eltern an die Nachkommen vererbt wird. Ein biologisches Gen kodiert für ein bestimmtes Protein; Das Gen ist eine Art Rezept für ein bestimmtes Protein. Der Mensch hat etwa 22.000 Gene, die auf den verschiedenen Chromosomen verteilt sind. Ein Gen besteht aus einer bestimmten Sequenz von Nukleotiden, die durch den genetischen Code eine Sequenz von Aminosäuren beschreiben, die wiederum ein Protein aufbauen.
Die Information im DNA-Molekül wird in verschiedene Formen von RNA übersetzt und transkribiert, die die Produktion und Synthese des Proteins in den Ribosomen der Zelle steuern. Manchmal werden auch bestimmte DNA-Abschnitte, die regulatorische Funktionen haben, d.h. bestimmen, wann und wie viel Protein produziert werden soll, als Teil des Gens gezählt.
Bei einigen Viren bestehen die Gene manchmal aus RNA-Abschnitten statt aus DNA.
Diese RNA-Gene bilden entweder direkt die Grundlage für die Proteinsynthese in der Wirtszelle oder im Virus Infiziert oder so, wie bei Retroviren, muss die Information in der RNA des Virus zunächst in DNA übersetzt werden, bevor sie für die Proteinproduktion verwendet werden kann. In einigen Fällen ist das Endprodukt des Gens kein Protein, sondern bleibt im RNA-Stadium. Dies geschieht hauptsächlich in RNA-Molekülen, die Teil von Enzymen sind, die als Ribozyme bezeichnet werden, und in einigen Organellen der Zelle, wie z.
B. den Ribosomen.
Die Gene sind Teil von riesigen Molekülen, deren Namen abgekürzt DNA sind. Diese ähneln langen, spiralförmig verdrehten Leitern. Jedes Gen entspricht einem bestimmten Abschnitt einer solchen DNA-Leiter. Ein DNA-Molekül hat also Platz für viele Gene, vielleicht 1000 an der Zahl. Jede Sprosse in einem DNA-Molekül besteht aus zwei sogenannten Stickstoffbasen.
Diese liegen wie Puzzleteile aneinander. In der DNA gibt es vier verschiedene Arten von Stickstoffbasen, die als A, T, C und G bezeichnet werden.
Gene
steuern die Zellfunktion durch die verschiedenen Proteine, für die sie kodieren. In Ein mehrzelliger Organismus steuert auch die Entwicklung von Genen von der ersten befruchteten Eizelle bis zum fertigen Organismus. Verschiedene Gene interagieren in einem komplizierten Regulationssystem, in dem bestimmte Proteine regulieren, welche anderen Gene gerade aktiv sein sollen.
Obwohl alle Körperzellen die gleichen Gene enthalten, sind in verschiedenen Zellen unterschiedliche Gene aktiv, abhängig von der Rolle der Zelle, dem Entwicklungsstadium, in dem sich die Zelle befindet, und den Reizen, denen sie ausgesetzt ist. Die Regulation der Genexpression erfolgt hauptsächlich durch verschiedene Formen von Proteinen, die an bestimmte Stellen auf dem regulatorischen Abschnitt der zum Gen gehörenden DNA binden, was dazu führt, dass größere Mengen an RNA produziert oder die Transkription in RNA gehemmt wird.
Wenn auf einem Abschnitt des Chromosoms keine Transkription stattfindet, liegt es inaktiv, zusammen mit speziellen Proteinen, Histonen, zum Chromatin in den Chromosomen des Zellkerns. Im Allgemeinen ist der größte Teil des Genoms inaktiv und auf diese Weise verpackt, während ein kleinerer Teil der Gene verwendet wird.
In den meisten höheren Organismen kodiert nur ein sehr kleiner Teil der Nukleotidsequenz in den DNA-Molekülen für ein Protein.
Zwischen den eigentlichen Genen gibt es oft lange Sequenzen von dem, was man früher Junk-DNA nannte. Heute weiß man, dass die sogenannte Junk-DNA regulatorische Funktionen hat und auch für die Verpackung ins Chromatin wichtig ist. Innerhalb eines Gens gibt es in der Regel Abschnitte von Nukleotidsequenzen, dem Intron, die nicht für irgendwelche Aminosäuren kodieren. Die Teile des DNA-Moleküls, die für ein Protein kodieren - das Rezept dafür bilden - werden Exons genannt.
Die Gesamtmenge an DNA in einer Zelle wird in den meisten Organismen auf eine Reihe von Chromosomen aufgeteilt, die in den meisten Fällen in zwei Editionen zu finden sind, wobei eine Kopie von der Mutter und die andere vom Vater stammt. Ausnahme sind die Geschlechtschromosomen, das X-Chromosom und das Y-Chromosom, die völlig unterschiedlich voneinander sind und füreinander zuständig sind. für die Proteine, die die sexuellen Unterschiede zwischen den Geschlechtern regulieren.
Die normalen Chromosomen, die keine Geschlechtschromosomen sind, werden als Autosomen bezeichnet. Die Position eines Gens, des Locus, auf einem Chromosom ist in der Regel für jede einzelne Spezies gut definiert, obwohl funktionelle Gene an einer völlig anderen Stelle auf dem Chromosom oder sogar auf einem völlig anderen Chromosom lokalisiert sein können. Die Gene befinden sich in den verschiedenen Chromosomen nicht nach einem systematischen Muster; Die Gene, die nahe beieinander liegen, sind in der Regel nicht miteinander verwandt, können aber Teil von völlig unzusammenhängenden Prozessen in der Zelle sein.
Genetische Variation
[Bearbeiten]Wenn sich die Zelle teilt, müssen die DNA-Moleküle repliziert, verdoppelt werden. Dies führt manchmal zu spontanen Fehlern, Mutationen, bei denen sich die Nukleotidsequenz innerhalb eines Gens so verändert, dass die Aminosäuresequenz in dem Protein, das kodiert ist, anders wird. Manchmal hat diese Veränderung keinen Einfluss auf die Funktion, aber manchmal wird die Funktion des Proteins verändert oder verhindert.
Dies führt zu einer genetischen Variation; Ein bestimmtes Gen kann in einer Vielzahl von Varianten, Allelen, vorkommen. Die beiden Editionen eines Gens, die in einer normalen Körperzelle vorkommen, können also unterschiedlich sein. Individuen, die zwei identische Varianten eines Gens haben, werden in Bezug auf dieses Gen als homozygot bezeichnet. Eine genetische Variante, die sich durchsetzt, auch wenn sie nur in einer Probe existiert, wird als dominant bezeichnet, und ein Allel, das in zwei Kopien vorhanden sein muss, damit es eine praktische Bedeutung hat, wird als rezessiv bezeichnet.
Es gibt keinen eingebauten physiologischen oder zellulären Mechanismus, der den Bedarf an neuen Genen erkennen kann, aber sie entstehen als spontaner und zufälliger Prozess während der Evolution. Meistens entstehen neue Gene, weil ein altes Gen dupliziert wird. Es kann als Fehler bei der Replikation des genetischen Materials der Zelle auftreten, sogar biologische Viren können für die Übertragung von Genen von einem Organismus auf einen anderen verantwortlich sein.
Geschichte
[Bearbeiten]Der erste, der das Konzept der Gene beschrieb, war der Mönch Gregor Mendel, der verschiedene Erbmerkmale von Pflanzen untersuchte. Obwohl er das Wort Gen nicht verwendete, erklärte er die Ergebnisse seiner Experimente mit dem Auftreten von Erbfaktoren, die in untrennbaren Stücken von Generation zu Generation weitergegeben wurden. Dieses Konzept der Genetik basiert auf Merkmalen, die beobachtet werden können, und postuliert den erblichen Faktor als Erklärung.
Mendel war auch der erste, der die Vererbung in Form von dominanten und rezessiven Merkmalen und die Differenz zwischen homozygoten und heterozygoten Individuen beschrieb.
Das Wort Gen wurde 1909 von dem dänischen Botaniker Wilhelm Johannsen aus dem griechischen Wort für Geburt geprägt, und 1910 zeigte Thomas Hunt Morgan, dass Gene wurden in den Chromosomen gefunden. Später zeigte er, dass ein einzelnes Gen an einer bestimmten Stelle auf einem Chromosom lokalisiert werden kann.
Morgan und seine Studenten begannen mit der Kartierung der Gene der FruchtfliegeDrosophila melanogaster. Im Jahr 1928 zeigte Frederick Griffith, dass Gene zwischen Organismen übertragen werden können.
Im Jahr 1941 zeigten George Wells Beadle und Edward Lawrie Tatum, dass Mutationen in Genen Fehler in bestimmten Stoffwechselprozessen verursachten. Dabei zeigte sich, dass bestimmte Gene für bestimmte Proteine kodieren, was zu der sogenannten "ein Gen – ein Enzym"-Hypothese führte.
Im Jahr 1953 schlugen James Watson und Francis Crick ein Modell der Struktur des DNA-Moleküls vor, das auf Rosalind Franklins Arbeit an Röntgenbeugungsbildern basierte, und erklärten, wie genetische Informationen von einer Generation zur nächsten weitergegeben werden können.