spezielle fachgebiete
Einführung in die Genetik
Bedeutung der Gene
Gene bestehen aus DNA. Die Länge des Gens bestimmt die Länge des Proteins oder der RNA, die aus dem Gencode synthetisiert wird. Die DNA ist eine Doppelhelix, in der Nukleotide (Basen) gepaart sind. Adenin (A) ist mit Thymin (T) gepaart Guanin (G) ist gepaart mit Cytosin (C) Die DNA wird während der Proteinsynthese transkribiert, bei der ein Strang der DNA als Vorlage für die Boten-RNA (mRNA) synthetisiert wird. RNA hat die gleichen Basenpaare wie DNA, außer dass Uracil (U) Thymin (T) ersetzt. Die mRNA-Moleküle wandern vom Zellkern zum Zytoplasma und dann zu einem Ribosom, wo die Proteinsynthese stattfindet. Die Transfer-RNA (tRNA) bringt jede Aminosäure zurück an das Ribosom, wo es der wachsenden Polypeptidkette Aminosäurekette) hinzugefügt wird. Die Sequenz wird durch die mRNA bestimmt. Sobald eine Kette von Aminosäuren zusammengesetzt ist, faltet sie sich unter Einfluss der in der Nähe befindlichen Chaperon-Moleküle, sodass eine komplexe dreidimensionale Struktur entsteht. Der Code in der DNA besteht aus Tripletts der 3 von 4 möglichen Nukleotiden. Bestimmte Aminosäuren werden durch bestimmte Tripletts, sogenannte Codons, kodiert. Da es 4 Nukleotide gibt, ist die Anzahl der möglichen Tripletts 43(64). Da es nur 20 Aminosäuren gibt, gibt es redundante (zusätzliche) Triplett-Kombinationen. Einige Tripletts codieren für die gleichen Aminosäuren wie andere Tripletts. Andere Tripletts können für Elemente, wie z. B. Vorgaben zum Starten oder Stoppen der Proteinsynthese codieren und die Reihenfolge, in welcher Aminosäuren kombiniert oder zusammengesetzt werden. Gene bestehen aus Exons und Introns. Bei proteinkodierenden Genen kodieren die Exons für die Aminosäurekomponenten des endgültigen Proteins. Introns enthalten weitere Informationen, die die Geschwindigkeit der Proteinproduktion und die Art des produzierten Proteins regulieren. Exons und Introns werden zusammen zu mRNA transkribiert, aber die Segmente von Introns werden später gespleißt. Viele Faktoren regulieren die Transkription, einschließlich der Antisense-RNA, die aus dem DNA-Strang, der nicht in mRNA transkribiert wird, synthetisiert wird. Zusätzlich zur DNA bestehen Chromosomen aus Histonen und anderen Proteinen, die die Genexpression beeinflussen, z. B. welche und wie viele Proteine aus einem bestimmten Gen synthetisiert werden. DerGenotypbezieht sich auf eine spezifische genetische Zusammensetzung und Sequenz; sie bestimmt, welche Proteine für die Produktion codiert werden. AlsGenombezeichnet man die gesamte Zusammensetzung eines haploiden Chromosomensatzes (Einzelstrang), einschließlich der darin enthaltenen Gene. DerPhänotypbezieht sich auf das gesamte physikalische, biochemische und physiologische Erscheinungbild einer Person, d. h. darauf, wie die Zelle (und damit der Körper) funktioniert. Der Phänotyp wird durch eine komplexe Interaktion mehrerer Faktoren bestimmt, darunter der Genotyp, Umweltfaktoren und die Art und Menge der tatsächlich synthetisierten Proteine, d. h. wie die Gene tatsächlich exprimiert werden. Spezifische Genotypen können mit dem Phänotyp gut oder schlecht korrelieren. bezieht sich auf den Prozess, bei dem die Information, die in einem Gen kodiert ist, verwendet wird, um die Anordnung eines Moleküls (gewöhnlich Protein oder RNS) zu steuern. Die Genexpression hängt von Faktoren ab wie z. B., ob ein Merkmal dominant oder rezessiv ist, von der Penetranz und Expressivität des Gens (siehe Einflussfaktoren für die Genexpression ), vom Grad der Gewebedifferenzierung (bestimmt durch Gewebetyp und Alter), von Umweltfaktoren und davon, ob die Expression geschlechtsspezifisch ist oder der chromosomalen Inaktivierung oder genomischen Ausprägung unterliegt sowie von anderen unbekannten Faktoren. Faktoren, die die Genexpression beeinflussen, ohne die Genomsequenz zu verändern, sind epigenetische Faktoren. Das Wissen über die vielen biochemischen Mechanismen, die die Genexpression vermitteln, wächst rasant. Ein Mechanismus ist die Variabilität in der Abspaltung des Introns (auch als alternatives Spleißen bekannt). Beim Spleißen werden Introns herausgespleißt und die verbleibenden Exons können in vielen Kombinationen zusammengesetzt werden, so dass viele verschiedene mRNAs entstehen, die für ähnliche, aber unterschiedliche Proteine kodieren können. Die Anzahl der Proteine, die von Menschen synthetisiert werden kann, liegt bei > 100.000, obwohl das menschliche Genom nur etwa 20.000+ Gene hat. Andere Mechanismen, die die Genexpression vermitteln, umfassen DNA-Methylierung und Histon-Interaktionen, die Methylierung und Acetylierung einschließen. Die DNA-Methylierung führt dazu, die Genexpression auszuschalten. Histon-Proteine ähneln Spulen, um die sich die DNA wickelt. Histonmodifikationen wie Acetylierung oder Methylierung können die Expression eines bestimmten Gens erhöhen oder verringern. Der DNA-Strang, der nicht transkribiert wird, um mRNA zu bilden, kann auch als Matrize für die Synthese von RNA, die die Transkription des Gegenstrangs steuert, verwendet werden. Eine weiterer wichtiger Mechanismus beinhaltet microRNAs (miRNAs). MiRNAs sind kurze, von Haarnadeln abgeleitete RNAs, die die Expression von Zielgenen nach der Transkription unterdrücken (Haarnadel bezieht sich auf die Form, die die RNA-Sequenzen annehmen, wenn sie sich miteinander verbinden). MicroRNAs können bei der Regulierung von nicht weniger als 60% der transkribierten Proteine beteiligt sein. 