Grundlagen der Genetik

Stell dir vor, jede deiner Zellen trägt eine komplette Bauanleitung für deinen ganzen Körper in sich. Diese DNA ist in Chromosomen verpackt, die nur während der Zellteilung sichtbar werden. Normalerweise liegt das Erbgut als lockeres Chromatin im Zellkern vor.

Du hast 46 Chromosomen in jeder Körperzelle - 23 von deiner Mutter und 23 von deinem Vater. Das nennt man einen diploiden Chromosomensatz. Die Geschlechtschromosomen entscheiden dabei über dein Geschlecht: XX für Frauen, XY für Männer.

Der große Unterschied zwischen Eukaryoten (wie Menschen) und Prokaryoten (wie Bakterien) liegt im Zellaufbau. Wir haben einen Zellkern, wo Transkription stattfindet, während die Translation im Cytoplasma läuft. Bei Bakterien passiert beides gleichzeitig im Cytoplasma - deshalb sind sie so schnell bei der Proteinherstellung.

Merke dir: 46 Chromosomen = 23 Paare, davon 22 Autosomen-Paare + 1 Geschlechtschromosomen-Paar

Meiose - Die Entstehung der Geschlechtszellen

Die Meiose ist dein Körper's cleverer Trick, um Geschlechtszellen mit nur der Hälfte der Chromosomen zu produzieren. Aus einer Zelle mit 46 Chromosomen entstehen vier Zellen mit je 23 Chromosomen (haploider Chromosomensatz).

In der Reifeteilung I passiert das Entscheidende: Die homologen Chromosomen trennen sich voneinander. Während der Metaphase I ordnen sich die Chromosomenpaare in der Mitte an, und in der Anaphase I werden sie zufällig auf die beiden Zellpole verteilt.

Die Reifeteilung II läuft wie eine normale Mitose ab. Die Schwesterchromatiden trennen sich, und am Ende hast du vier haploide Geschlechtszellen. Beim Mann werden daraus vier gleichgroße Spermien, bei der Frau eine große Eizelle und drei kleine Polkörperchen.

Fun Fact: Ohne Meiose wären alle Menschen genetisch identisch - ziemlich langweilig, oder?

Rekombination - Der Schlüssel zur Vielfalt

Rekombination macht dich einzigartig! Während der Meiose wird das Erbgut deiner Eltern gründlich durchgemischt, sodass du eine völlig neue Genkombination bekommst.

Bei der interchromosomalen Rekombination werden die Chromosomen deiner Eltern zufällig neu verteilt. Schon bei nur zwei Chromosomenpaaren entstehen vier verschiedene Kombinationen - bei 23 Paaren sind die Möglichkeiten praktisch unendlich.

Noch spannender ist die intrachromosomale Rekombination durch Crossing Over. Dabei tauschen homologe Chromosomen während der Prophase I Stücke aus. Die Überkreuzungspunkte siehst du unter dem Mikroskop als Chiasmata - wie kleine Kreuze auf den Chromosomen.

Die DNA selbst besteht aus einem spiralförmigen Doppelstrang mit vier verschiedenen Basen: Thymin, Adenin, Cytosin und Guanin. Die Reihenfolge dieser Basen bestimmt den genetischen Code - deine persönliche Bauanleitung.

Wichtig: Rekombination sorgt für genetische Vielfalt und ist der Grund, warum du einzigartig bist!

Transkription - Von der DNA zur mRNA

Bei der Transkription wird deine DNA in mRNA umgeschrieben - wie das Kopieren eines wichtigen Dokuments. Das Enzym RNA-Polymerase übernimmt dabei alle wichtigen Aufgaben und arbeitet sich den codogenen Strang entlang.

Die Initiation startet am Promotor - einer speziellen DNA-Sequenz mit vielen Adenin- und Thymin-Basen. Hier dockt die RNA-Polymerase an und spaltet die DNA auf. Nur der codogene Strang wird abgelesen, der von 3' nach 5' verläuft.

Während der Elongation fährt die RNA-Polymerase Base für Base den DNA-Strang ab. Zu jeder Base setzt sich das passende Nucleotid - aber Achtung: In der RNA wird Uracil statt Thymin verwendet! Die entstehende mRNA-Kette verläuft in 5' zu 3' Richtung.

Die Termination erfolgt am Terminator - einer Sequenz mit 4-10 Guanin-Cytosin-Basenpaaren. Hier löst sich die RNA-Polymerase ab, und die DNA schließt sich wieder zum Doppelstrang.

Eselsbrücke: DNA → mRNA ist wie das Übertragen von Notizen aus dem Lehrbuch ins Heft!

RNA-Prozessierung und Translation

Bei Eukaryoten muss die unreife prä-mRNA erst bearbeitet werden. Sie bekommt eine schützende Kappe am 5'-Ende und ein Poly(A)-Endstück am 3'-Ende - wie Schutzfolien um ein wichtiges Dokument.

Die Exons (codierende Bereiche) werden zusammengefügt, während die Introns $nicht-codierende Bereiche$ entfernt werden. Das ist wie das Herausschneiden der wichtigen Infos aus einem langen Text.

Bei der Translation wird die mRNA endlich in Proteine übersetzt. Die Ribosomen lesen immer drei Basen gleichzeitig ab - diese Tripletts oder Codons bestimmen, welche Aminosäure verwendet wird.

Die tRNA bringt die passenden Aminosäuren zu den Ribosomen. Jede tRNA hat ein Anticodon - das Gegenstück zum mRNA-Codon. Die Aminosäuren werden zu langen Ketten verknüpft, die sich zu funktionsfähigen Proteinen falten.

Denk daran: Translation ist wie das Übersetzen von einem Fremdsprachentext in deine Muttersprache!

Die drei Phasen der Translation

Die Initiation startet, wenn sich ein Ribosom an die mRNA setzt. Das Ribosom hat drei wichtige Stellen: A-Stelle (Aminoacyl), P-Stelle (Polypeptid) und E-Stelle (Exit). Alles beginnt mit dem Startcodon AUG in der A-Stelle.

Während der Elongation rutscht das Ribosom immer ein Codon weiter. Die tRNA in der P-Stelle gibt ihre Aminosäure ab, die sich an die Aminosäure in der A-Stelle anhängt. Die "alte" tRNA verlässt das Ribosom über die E-Stelle - wie ein Fließband in der Fabrik.

Die Termination erfolgt bei einem Stoppcodon (UAA, UAG oder UGA). Das Ribosom zerfällt, und die fertige Aminosäurekette liegt frei im Cytoplasma vor. Sie faltet sich zum funktionsfähigen Protein.

Es gibt drei wichtige RNA-Typen: mRNA überbringt die Informationen, tRNA transportiert die Aminosäuren, und rRNA ist Teil der Ribosomen-Struktur. Jeder Typ hat seine spezielle Aufgabe im Protein-Produktionsprozess.

Cool zu wissen: Ein einziges Ribosom kann pro Minute etwa 15 Aminosäuren verknüpfen!

Der genetische Code und die Codesonne

Die Codesonne ist dein Übersetzungswerkzeug vom genetischen Code zu den Aminosäuren. Du liest sie von innen nach außen: erste Base innen, zweite in der Mitte, dritte außen. So findest du zu jedem Triplett die passende Aminosäure.

Der genetische Code hat geniale Eigenschaften: Er ist universell (gilt für fast alle Lebewesen), degeneriert (mehrere Codons für eine Aminosäure) und redundant (Schutz vor Mutationen). Es gibt ein Startcodon (AUG) und drei Stoppcodons.

Um von DNA zu Aminosäuren zu kommen, schreibst du zuerst die mRNA ab (Thymin wird zu Uracil). Dann suchst du in der Codesonne die entsprechenden Aminosäuren. Beispiel: 3' ATT CGT AGG 5' (DNA) → 5' UAA GCA UCC 3' (mRNA) → Leucin-Alanin-Serin.

Die Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese von Beadle und Tatum besagt, dass jedes Gen für ein spezifisches Enzym codiert. Gene bestimmen also deinen Phänotyp, indem sie die Bildung von Enzymen steuern - die Arbeiter in deinen Zellen.

Praxis-Tipp: Übe das Ablesen der Codesonne mit verschiedenen DNA-Sequenzen - das kommt garantiert in der Klausur dran!