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Gen


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Ein Gen ist allgemein gesprochen eine Erbanlage ein von Erbinformation der durch Reproduktion an die Nachkommen weiter gegeben werden Die Bedeutung des Wortes "Gen" unterscheidet sich nach Kontext und wissenschaftlicher Disziplin. Der Begriff wird in der "klassischen" Genetik der Molekulargenetik der Evolutionsbiologie und Populationsgenetik gebraucht.

Auf molekularer Ebene besteht ein Gen zwei unterschiedlichen Komponenten:

  1. Ein DNA-Abschnitt von dem durch Transkription eine einzelsträngige RNA-Kopie hergestellt wird
  2. Alle DNA-Abschnitte die an der Regulation dieses beteiligt sind.

Gene können mutieren sich also spontan oder durch Einwirkung außen (z.B. durch radioaktive Strahlung ) verändern. Diese Veränderungen können an verschiedenen im Gen erfolgen. Demzufolge kann ein Gen einer Reihe von Mutationen in verschiedenen Zustandsformen die man Allele nennt.

Ein Gen enthält typischerweise eine Beschreibung Aminosäure-Sequenz eines Proteins . Diese Beschreibung liegt gewöhnlich in einer chemischen Sprache nämlich in Form der Nukleotid -Sequenz einer Desoxyribonukleinsäure (im internationalen wissenschaftlichen Sprachgebrauch DNA abgekürzt auch DNS) selten auch der Ribonukleinsäure (RNA bzw. RNS) vor. Die einzelnen (Nukleotide) der DNA stellen - in Dreiergruppen zusammengefasst - die 'Buchstaben' des genetischen Codes dar.

Die Erforschung der Gesamtheit aller Gene Organismus ist Sache der Genomik (engl. genomics ). Demgegenüber bezeichnet man als Genom allerdings die Gesamtheit der DNA also plus nichtkodierende Bereiche.

Die DNA welche die Gene enthält bei Lebewesen mit Zellkern ( Eukaryonten ) zu Chromosomen kondensiert (zusammengefasst).

Inhaltsverzeichnis
1 Genetische Variation und genetische Variabilität
2 Organisation von Genen
3 Typische Genomgrößen und Genanzahl
4 Egoistische Gene
5 Literatur
6 Weblinks

Ein Gen - ein Enzym - Hypothese

Lange Zeit nahm man an ein sei ein DNA-Abschnitt der für ein Enzym Protein) codiere. Diese Hypothese ist inzwischen nur eingeschränkt gültig.

  1. Generell kann ein DNA-Abschnitt für ein Protein codieren. Dieses kann muss aber nicht katalytisch wirken. Auch Strukturproteine sind vielfach direkt der DNA codiert und werden durch die Biosynthese gebildet.
  2. Bei Eukaryonten führt ein und derselbe DNA-Abschnitt oft unterschiedlichen m-RNA-Molekülen und damit zu unterschiedlichen Proteinen . Ursache ist das alternative Spleißen durch das erst entschieden wird welche eines Gens codieren also Exons sind und welche im Reifungsprozess herausgeschnitten ( Introns ).
  3. an der DNA synthetisierte RNA-Moleküle können an m-RNA-Moleküle binden und Doppelstränge ausbilden. Diese werden von der Zelle zerstört. So kann eine als nachträglicher Genschalter wirken und andere Gene
  4. auch RNA-Moleküle können allein oder im Verbund Proteinen alss Biokatalysatoren wirken funktionieren also wie Dabei kann das aktive Zentrum aussschließlich durch gebildet sein.

Eine DNA-Sequenz kann auch mehrere überlappende enthalten. Durch Genduplikation verdoppelte Gene können sequenzidentisch aber unterschiedlich reguliert sein und damit zu Aminosäuresequnzen führen wären also keine Allele .

In der Molekularbiologie bezeichnet "Gen" häufig die kodierenden Teile ( Exons ) einer DNA-Sequenz ohne den dazwischenliegenden "Müll" die so Introns . Ob eine DNA-Teilsequenz Intron oder Exon entscheidet sich vielfach erst während des alternativen Splicings . Die Exons entsprechen zusammengenommen der später mRNA. Man könnte also sagen dass nur reife mRNA das Gen darstellt. Diese Gendefinition allerdings mit der klassischen Vererbungslehre inkompatibel.

Genetische Variation und genetische Variabilität

Als genetische Variation bezeichnet man das Auftreten von genetischen (Allele Gene oder Genotypen) bei individuellen Lebewesen. entsteht durch Mutationen aber auch durch Vorgänge der Meiose durch die Erbanlagen der Großeltern unterschiedlich die Geschlechtszellen verteilt werden.

Genetische Variabilität ist dagegen die Fähigkeit einer gesamten Individuen mit unterschiedlichem Erbgut hervorzubringen. Hierbei spielen nur genetische Vorgänge sondern auch Mechnismen der Partnerwahl eine Rolle. Die genetische Variabilität spielt entscheidende Rolle für die Fähigkeit einer Population veränderten Umweltbedingungen zu überleben und stellt einen Faktor der Evolution dar.

Organisation von Genen

Bei den meisten Arten codiert nur Teil der DNA für definierte Proteine weitere sind für die Genregulation oder für die des alternativen Splicings da. Im Allgemeinen haben einen bestimmten Genort auf einem bestimmten Chromosom . Die Position kann jedoch - insbesondere Zuge der Meiose - verändert werden. Auch ein Wechsel ein ganz anderes Chromosom ist möglich. Daher man Gene die beim Menschen auf einem liegen bei Mäusen auf anderen Chromosomen finden. selten stehen benachbarte Gene in funktionellem Zusammenhang. sind etliche der Gene auf dem das bei Säugetieren bestimmenden Y-Chromosom für die Ausprägung sekundären männlichen Geschlechtsmerkmale zuständig. Gene ähnlicher Funktion aber auch auf verschiedenen Chromosomen liegen.

Genaktivität und Regulation

Da Gene durch die Proteine wirken die sie die Bauanleitung darstellen sind Gene dann "aktiv" wenn sie auch in Proteine translatiert werden. Zellen regulieren die Aktivität einzelner über die Rate ihrer Transkription in mRNA (eine Zwischenstufe die dann an besonderen Zellorganellen den Ribosomen in Protein translatiert wird). Kurzfristig erfolgt Genregulation durch Bindung und Ablösung von Proteinen bestimmte Bereiche der DNA die so genannten Elemente". Langfristig wird dies über Methylierung oder "Verpacken" von DNA-Abschnitten in Histonkomplexe erreicht.

Auch die regulatorischen Elemente der DNA der Variation. Der Einfluss von Änderungen in Genregulation einschließlich der Steuerung des alternativen Splicings vergleichbar mit dem Einfluss von Mutationen proteincodierender sein. Mit klassischen genetischen Methoden - durch von Erbgängen und Phänotypen - sind diese in der Vererbung normalerweise nicht voneinander zu Lediglich die Molekularbiologie kann hier Hinweise geben.

Siehe auch: Genexpression

RNA-Gene in Viren

Obwohl bei allen zellbasierten Lebensformen Gene DNA-Abschnitte vorliegen gibt es einige Viren deren genetische Information in Form von vorliegt. RNA-Viren befallen eine Zelle die dann mit der Produktion von Proteinen direkt nach der RNA beginnt; eine Transkription von DNA RNA entfällt. Retroviren hingegen übersetzen ihre RNA bei der in DNA und zwar unter Mitwirkung des Enzyms Reverse Transkriptase .

Gen und Pseudogen

Als Gen im engeren Sinne bezeichnet in der Regel eine Nukleotid-Sequenz die die für ein Protein enthält das unmittelbar funktionsfähig Pseudogene stellen dagegen Genkopien dar die kein Protein in voller Länge codieren. Sie spielen Rolle bei der Regulierung der Genaktivität. Das Genom enthält ca. 20.000 Pseudogene.

Typische Genomgrößen und Genanzahl

Organismus Anzahl Gene Basenpaare
Pflanzen >50000 >10 11
Mensch ~23531 3x10 9
Fliegen 12000 1.6x10 8
Pilze 6000 1.3x10 7
Bakterien 500-6000 10 7
Mycoplasma genitalium 500 10 6
DNA-Viren 10-300 5000-200.000
RNA-Viren 1-25 1000-23.000
Viroide 0-1 ~500
Prionen 0 0

Egoistische Gene

Wie Richard Dawkins in seinem Buch Das egoistische Gen postuliert könnte der einzige Daseinszweck der die Selbstreproduktion sein auch auf Kosten des "Wirtes". Danach sind alle Lebensformen nur "Vermehrungsmaschinen" der Multiplikation von Genen dienen. Die Antwort die Frage nach dem Sinn des Lebens wäre demnach: "Vermehrung von Nukleinsäuren und assoziierter Proteine".

Literatur

Siehe auch: Genetik Gentherapie Desoxyribonukleinsäure Homöobox Beispiele benannter Gene: MITF

Weblinks

  



Bücher zum Thema Gen

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