Die Vererbung von Genen

Elternorganismen geben codierte Information an ihre Nachkommen weiter. Die vereinfachte Definition von Genen (gr. genos, Bildung, Bildner) bezeichnet also „Vererbungseinheiten", die sich in Merkmalen und Eigenschaften äußern. Die Gesamtheit aller Gene, die wir von unseren Müttern und Vätern erhalten, das sogenannte Genom, verbindet uns mit ihnen. Die Gene tragen dabei die Information für familiäre Ähnlichkeiten wie Augenfarbe, Nasenform und Ähnliches. Sie legen die spezifischen Merkmale fest, die auftreten, wenn wir uns von der befruchteten Eizelle (Zygote) zum Erwachsenen entwickeln.

Das genetische Programm ist in der DNA (Desoxyribonudeinsäure) gespeichert. Die Erbinformation wird in den Nucleotidfolgen der Chromosomen weitergereicht, die Gene und Strukturelemente bilden. Dies ist analog einer Weitergabe gedruckter Information durch Buchstabenfolgen, die Sätze und größere Textabschnitte ergeben können. In beiden Fällen ist die verwendete „Sprache" eine Symbolsprache. So wie das Gehirn das Wort „Apfel" in ein Gedankenbild der entsprechenden Frucht übersetzt, übersetzen Zellen die Information der Gene in eine bestimmte Augenfarbe oder andere Merkmale. Die meisten Gene veranlassen die ausführende Zelle dazu, ein bestimmtes Protein zu bilden. Die Gesamtheit der verschiedenen Proteine (wie etwa Enzyme, Strukturproteine oder Sensoren) sorgen dann für die Ausprägung bestimmter vererbter Merkmale eines Individuums. Diese abstrakte Codierung von Merkmalen in Form von DNA-Sequenzen bildet einen „roten Faden" durch die gesamte Biologie, da sie bei allen Organismen in gleicher Form erfolgt.

Die molekulare Grundlage der Weitergabe der Erbinformation liegt in der präzisen Replikation der DNA. Durch diesen Vorgang werden identische Kopien aller Gene erzeugt, die von den Elternorganismen auf die Nachkommen übertragen werden. Bei Tieren und Pflanzen werden die Fortpflanzungszellen als Keimzellen oder Gameten bezeichnet. Mit ihnen gelangt das Erbgut von einer Generation in die nächste. Während der Befruchtung vereinigen sich männliche und weibliche Gameten (Spermien, Spermazellen beziehungsweise Samenzellen) mit Eizellen. Als Produkt der Befruchtung entsteht eine Zygote, aus der sich ein Organismus der Folgegeneration (Filialgeneration) entwickelt.

Die Hauptmasse der Erbsubstanz bei Eukaryonten liegt in Form der Chromosomen im Zellkern vor. Darüber hinaus finden sich geringe Mengen an DNA in den Mitochondrien (mtDNA) und den Plastiden (bei Pflanzenzellen). Jede Art enthält in ihren Zellkernen eine für sie charakteristische Anzahl von Chromosomen. Dabei können natürlich auch sehr verschiedene Arten zufällig gleiche Chromosomenzahlen aufweisen. Mit Ausnahme der Keimzellen, die wir gesondert betrachten müssen, enthalten menschliche Zellen 46 Chromosomen. Jedes Chromosom besteht, wie wir aus dem vorangegangenen Kapitel wissen, aus einem einzigen, sehr langen DNA-Molekül, das mit verschiedenen Proteinen assoziiert und mehrfach aufgerollt und verknäuelt ist. Jedes Chromosom enthält Hunderte von Genen, von denen jedes durch eine bestimmte Abfolge von Nuc-leotiden entlang des DNA-Moleküls charakterisiert ist. Erstaunlicherweise sind aber die Grenzen eines Gens trotz der genauen Kenntnis, die wir heute von DNA-Sequenz haben, schwierig zu bestimmen. Die genaue Lage eines G'

dem Chromosom wird als sein Genort oder Locus (lat. locus, Ort; Plural: Loci) bezeichnet. Unser Genom setzt sich aus Genen auf den Chromosomen zusammen, die wirvon unseren Eltern geerbt haben. Die mitochondriale DNA unserer Zellen stammt dagegen ausschließlich aus der Eizelle der Mutter. Dieser Vorgang wird als maternale (mütterliche) Vererbung bezeichnet. Das Spermium übermittelt keine mitochondrialen Erbinformationen.

Ein Vergleich von geschlechtlicher und ungeschlechtlicher Fortpflanzung

Nur Organismen, die sich ungeschlechtlich (asexuell) vermehren, bringen genetisch identische Nachkommen hervor. Bei der ungeschlechtlichen Vermehrung (asexuelle Reproduktion) fungiert ein einzelnes Individuum als alleiniger Elternorganismus und gibt Kopien aller seiner Gene (sein Genom) an seine Nachkommen weiter. Eine Ansammlung genetisch identischer Lebewesen, die aus einem erbgleichen Ursprungsorganismus hervorgegangen sind, bezeichnet man als Klone. Einzellige Eukaryonten, wie zum Beispiel Pantoffeltierchen (Paramecium) oder Malariaerreger (Plasmodium), können sich durch mitotische Zellteilungen ungeschlechtlich vermehren. Dabei wird die vorher kopierte (verdoppelte) DNA der Chromosomen gleichmäßig auf die Tochterzellen verteilt. Die Genome der Nachkommen sind also exakte Kopien des „elterlichen" Genoms.

Bei der geschlechtlichen Fortpflanzung (sexuelle Reproduktion) bringen zwei Elternorganismen gemeinschaftlich Nachkommen mit einzigartigen Allel-kombinationen an den homologen Genorten ihres diploiden Genoms hervor.

MERKE I

Bei der geschlechtlichen Fortpflanzung (sexuelle Reproduktion) bringen zwei Elternorganismen gemeinschaftlich Nachkommen mit einzigartigen Alleikombinationen an den homologen Genorten ihres diploiden Genoms hervor.

 
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