Die Genetik als Teilbereich der Biologie

Die Genetik (auch Vererbungslehre genannt) befasst sich mit den Gesetzmäßigkeiten der Ausbildung von erblichen Merkmalen und der Weitergabe von Erbanlagen an die nächste Generation. Themengebiete der Genetik sind hauptsächlich die von Mendel begründete klassische Genetik, wo untersucht wird, in welchen Kombinationen die Gene bei Kreuzungsexperimenten bei den Nachkommen auftreten (Mendelsche Regeln). Ebenso befasst sich die klassische Genetik, wie die Ausprägung bestimmter phänotypischer Merkmale bei der Vererbung beeinflusst wird. Zur klassischen Genetik gehört darüber hinaus die klassische Zytogenetik, die Gestalt und Struktur der Chromosomen als Träger der genetischen Information untersucht.

Fachbegriffe Genetik

Allel (allelomorph)

Allel ist die Kurzform für allelomorph und steht für die Zustandsform eines Gens (für die durch Mutation der Erbsubstanz verursachten Variationen), in der ein bestimmtes Gen in einer Spezies vorkommt. Die meisten Allele stellen nur geringfügige Änderungen von Genen dar, und beeinträchtigen meist nicht die Überlebensfähigkeit der Spezies.

Die Allele können aber bei Änderung des Lebensraums Grundlage für Neuanpassungen und damit die Überlebensfähigkeit einer Art sein. Die Genvariabilität ist das Grundprinzip der Evolution und die Allelvielfalt die Ursache für die individuellen Unterschiede innerhalb einer Art.
Dabei unterscheiden sich sie Allele in der Basenfrequenz, aus dem dann ein verändertes Polypeptid oder Protein mit veränderter Funktion entsteht.

Aufbau eines Gens

Es handelt sich bei einem Gen um ein Teil Erbsubstanz (DNS), das für die Produktion einer RNS verantwortlich ist (rRNS oder tRNS haben diese Funktion, daneben auch mRNS, aus deren Informationen die Ribosomen ein Polypeptid synthetisieren können. Ein Gen besteht dabei aus drei Hauptteilen:

  • Regulationsbereich mit Promoter und/oder Enhancer stromaufwärts
  • Strukturgen in der Mitte als der für das Peptid codierende Bereich
  • Terminationsbereich stromabwärts

Pseudogene

Es gibt auch Gene, die keine Funktion besitzen, die sog. stummen Gene oder Pseudogene. Bisher kann keine Theorie dies belegen, möglicherweise wurden diese Gene im Laufe der Evolution durch verbesserte Gene ersetzt und seitdem im Genom mitgeschleppt.

Funktionsweisen von Genen

Gene sind. u.a. verantwortlich für Informationen, wie ein Polypeptid (aufgebaut aus Aminosäuren) aufgebaut werden soll. Diese Information liegt in einem Gen Strukturgen) als spezifische Basenfolge vor, wobei jeweils drei Basen einer Aminosäure entsprechen.

Chromosom

Chromosome sind

  • Das zirkuläre DNS-Molekül in Prokaryoten, das meist die ganze genetische Information der Zelle trägt.
  • Das spiralisierte und superspiralisierte Chromatin bei Eukaryoten mit einem Teil der kernständigen Gene (Gene sind auf einem Chromosom lokalisiert) in linearer Anordnung.

Während der genetisch aktiven Phase des Zellzyklus (DNS wird transkribiert) liegen die Chromosomen in dekondensierten, entspiralisierten Zustand als Chromatinfäden im Kern vor (sog. G1-Phase). Die Länge von Chromosomen kann einige Mikrometer betragen. So enthält beispielsweise das größte Chromosom im Menschen etwa 250 Mio. Basenpaar (Chromosom Nr. 2)

Desoxyribonukleinsäure (DNS)

Die DNS besteht aus vielen Nukleotidpaaren, die über ein Poly-Zucker-Phosphat-Gerüst verbunden sind. Die DNS ist dabei die Basis der Erbmerkmale und enthält Informationen für die Synthese von Proteinen.

(Genauer: Die Nukleotidpaare bilden eine wendeltreppenartige Struktur, die über das Poly-Zucker-Phosphat-Gerüst verbunden sind, von dieser Struktur stehen die Basen, Purine und Pyrimidine nach innen ab. Das Poly-Zucker-Phosphat-Gerüst wird durch das Phosphoratom und des nachfolgenden Desoxyribiosemoleküls (Bindung an C-Atom3 und C-Atom5) gebildet, die Basen sind am C-Atom1 gebunden).

Nach dem Watson-Crick-Modell formt die DNS eine Doppelhelix, deren Einzelstränge durch Wasserstoffbrücken zwischen den spezifischen Basenpaarungen (A=T;G =C) zusammengehalten werden. Jeder Strang ist komplementär zum anderen Strang bezüglich seiner Basensequenz, da durch die spezifischen Basenpaarungen ein Strang stets als exaktes Negativ des anderen Stranges zu sehen ist. Beide Stränge einer Doppelhelix sind wegen der 5´-3´-Verknüpfung des Phosphors antiparallel und bilden eine rechtsgewundene Helix.

Nach den Chargaff-Regeln sind in der DNS jeder Spezies gleich viele Adenin- wie Thyminmoleküle vorhanden und gleichviel Guanin wie Cytosin. Zudem ist die Zahl der Purine (A + G) gleich der Zahl der Pyrimidine (T + C) und erklärt damit die Komplementarität der beiden Stränge der Doppelhelix


Die Genetik als Teilbereich der Biologie – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist der Hauptfokus der genetischen Forschung?

Die Genetik konzentriert sich hauptsächlich auf die Erforschung der Vererbung und die Funktion und Struktur von Genen.

2. Wer ist als ‘Vater der Genetik’ bekannt?

Der Mönch Gregor Mendel ist als ‘Vater der Genetik’ bekannt.

3. Was bedeutet es, wenn ein Organismus homozygot für ein bestimmtes Merkmal ist?

Ein Organismus ist homozygot für ein bestimmtes Merkmal, wenn er zwei identische Allele für dieses Merkmal hat.

4. Welche beiden Haupttypen von genetischen Materialien gibt es?

Es gibt DNA (Desoxyribonukleinsäure) und RNA (Ribonukleinsäure) als Haupttypen von genetischen Materialien.

5. Was sind Mendelsche Gesetze?

Mendelsche Gesetze sind eine Reihe von Regeln, die die Übertragung von genetischen Merkmalen von Generation zu Generation beschreiben.

6. Was bedeutet der Begriff Genotyp und wie unterscheidet er sich von Phenotyp?

Der Genotyp ist das Set von Genen, das ein Individuum besitzt. Der Phenotyp hingegen ist die tatsächliche physische Erscheinung, die durch diese Gene hervorgerufen wird.

7. Was ist der Unterschied zwischen dominanten und rezessiven Genen?

Dominante Gene sind diejenigen, die ihre Merkmale auch dann ausdrücken, wenn sie nur von einem Elternteil geerbt werden, während rezessive Gene nur dann ausgedrückt werden, wenn sie von beiden Elternteilen geerbt werden.

8. Was ist die DNA-Replikation?

Die DNA-Replikation ist ein Prozess, bei dem eine Doppelhelix oder ein Abschnitt von DNA dupliziert wird.

9. Wie beeinflussen Mutationen die Genetik?

Mutationen sind Veränderungen in der genetischen Code-Sequenz, die neue Genversionen erzeugen, welche die Genetik beeinflussen können.

10. Was ist eine genetische Krankheit?

Eine genetische Krankheit ist eine Erkrankung, die durch Anomalien im genetischen Material eines Individuums verursacht wird.