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Erbinformation

Jedes Lebewesen besitzt ein Genom, in dem alle Informationen zum Aufbau der Zellen gespeichert sind. Damit es nicht verloren geht oder beschädigt wird, wird es sicher im Zellkern verwahrt. Das Alphabet des Lebens besteht aus nur 4 Buchstaben. Doch wie kann man in so einer Sprache alle wichtigen Informationen unterbringen und wie werden diese entschlüsselt und vererbt?

 

Poster "Aufbau der DNA "

Die Erbinformation wird auch DNA genannt (Desoxyribonukleinsäure) und besteht aus Millionen von Nukleotiden. Jedes Nukleotid besteht aus einem Zucker und einer Phosphatgruppe sowie einer von vier verschiedenen Basen. Diese heißen Adenine (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T). In der RNA (Ribonukleinsäure), die wir später noch kennenlernen werden, ist Thymin durch die Base Uracil (U) ersetzt.

In der Reihenfolge der Basen sind alle lebenswichtigen Informationen verschlüsselt. Immer drei Basen bilden dabei eine Einheit und kodieren für eine Aminosäure.

Aus einer Abfolge von neun Basen werden also bei der Entschlüsselung drei Aminosäuren, aus zwölf Basen werden vier Aminosäuren und so weiter. Viele Aminosäuren bilden ein Protein und Proteine haben in unseren Zellen die vielfältigsten Funktionen. Es gibt zum Beispiel Speicherproteine, Transportproteine oder Gerüstproteine. Es wird jedoch nicht die gesamte DNA in Proteine übersetzt. Große Bereiche haben keine bisher bekannte Funktion. Früher wurde dieser Teil der DNA „junk-DNA“ - also „Müll-DNA“ - genannt. Heute weiß man, dass auch diese nicht-kodierenden Bereiche Aufgaben übernehmen. Sie steuern zum Beispiel, wann Gene aus den kodierenden Bereichen abgelesen und in Proteine übersetzt werden.

 

Schema der Basenpaarung im DNA Doppelstrang

 

Die Struktur der DNA

Die DNA liegt nicht als einzelnes Band von Nukleotiden vor, sondern als Doppelstrang. Zucker und Phosphat bilden das Rückgrat, sie befinden sich außen. Die Basen der beiden Stränge treffen in der Mitte aufeinander. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Struktur können nicht alle Basen einander gegenüber liegen. Nur Adenin und Thymin sowie Cytosin und Guanin passen zusammen.

Kennt man die Basenreihenfolge des einen Strangs, so ergibt sich daraus automatisch, in welcher Reihenfolge die Basen auf dem Partnerstrang angeordnet sind. Dieses Prinzip wird für uns später in der Vererbung noch extrem hilfreich werden.

 

 

Verpackung der DNA

Chromosom und "abgewickelte" DNA

Damit die gesamte DNA in den Zellkern passt, muss sie gut verpackt sein. Dazu wird sie um stabilisierende Proteine gewickelt, so ähnlich, wie man Kabel auf eine Kabeltrommel aufwickelt. Während der Zellteilung wird die DNA noch einmal verdichtet (kondensiert). Bei vollständiger Kondensation kann man im Mikroskop sogar die einzelnen Chromosomen erkennen. Ihre typische x-förmige Struktur kommt dadurch zustande, dass zwei identische Chromatiden an einer Stelle, dem Centromer, miteinander verbunden sind.

Die Anzahl von Chromosomen ist bei jedem Lebewesen unterschiedlich und steht in keinem Zusammenhang zur Größe oder Komplexität des Organismus. So hat das Zuckerrohr nur 20, die Kartoffel hingegen 48 Chromosomen (und der Mensch 46).

Die meisten Organismen sind diploid, das bedeutet, sie haben jedes Chromosom in doppelter Ausführung. Die 46 Chromosomen des Menschen lassen sich also zu 23 Paaren zusammenfassen. Es gibt jedoch vor allem unter den Pflanzen auch Vertreter, mit einer höheren Ploidie, also mehreren Chromosomensätzen. Der Dinkel ist tetraploid, er hat also vier Chromosomensätze. Weichweizen hat sechs Chromosomensätze und ist demzufolge hexaploid.

 

Transkription und Translation

Die Erbinformation ist sehr wertvoll und darf unter keinerlei Umständen beschädigt werden. Deswegen verbleibt die DNA immer im Zellkern. Immer. Da die Proteinsynthese aber im Zellplasma stattfindet, wird als Transportform die Boten-RNA (mRNA) genutzt. Diese kann nach Bedarf auf- und abgebaut werden. Je nachdem, welche Proteine die Zelle gerade benötigt, werden bestimmte Bereiche der DNA in mRNA umgeschrieben. Dieser Prozess heißt Transkription. Auch RNA besteht aus vier verschiedenen Basen, drei davon sind identisch mit denen der DNA (Adenin, Guanin und Cytosin), die vierte RNA-Base heißt Uracil.

Die mRNA wird aus dem Zellkern ins Plasma transportiert. Dort lagern sich große Enzymkomplexe, die Ribosomen, an die mRNA an. In den Ribosomen werden einzelne Aminosäuren zu Proteinen verknüpft. Das „Übersetzen“ von der Sprache der Nukleotide (mRNA) in die Sprache der Aminosäuren (Proteine) heißt Translation.