DNA, Chromosomen und Genexpression

Wir hören ständig von DNA, sei es in den Nachrichten oder in der neuesten Krimiserie im Fernsehen. Aber was genau ist DNA? Wo wird sie gefunden? Warum ist sie so wichtig? Um diese Fragen zu beantworten, müssen wir einen Blick in unsere Zellen werfen.

DNA ist in Chromosomen gespeichert

Unser Körper besteht aus Billionen von Zellen. Jede Zelle enthält eine Reihe verschiedener Organellen, die alle eine wichtige Rolle bei der Zellfunktion spielen, z. B. beim Abbau von Abfallstoffen oder bei der Energieerzeugung.

Der Zellkern ist die wichtigste Organelle, und hier finden wir unsere DNA (Desoxyribonukleinsäure) fest verpackt in Strukturen, die Chromosomen genannt werden. Chromosomen sind lange fadenförmige Strukturen, die aus einem DNA-Molekül und einem Protein bestehen. Während der Zellteilung rollen sich die Chromosomen eng zu X-Formen zusammen und sind unter dem Mikroskop besser sichtbar. Menschliche Zellen haben 23 Chromosomenpaare.

DNA ist in Genen organisiert

Jedes Chromosom besteht aus einem DNA-Molekül, aber wie sieht ein DNA-Molekül eigentlich aus und wie speichert es Informationen?

Ein DNA-Molekül besteht aus einer Reihe von Nukleotiden, die in zwei Strängen angeordnet sind, die einer Leiter ähneln und sich zu einer Doppelhelix verdrehen.

Nukleotide setzen sich aus einer Base, einem Zucker und einem Phosphat zusammen. Die 4 Basen – Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T) – paaren sich miteinander (A mit T und G mit C). Die Reihenfolge oder Sequenz dieser Basenpaare liefert die Informationen, die für das Wachstum und die Entwicklung unseres Körpers benötigt werden. Es kann hilfreich sein, sich die Basen als Buchstaben des Alphabets vorzustellen, die, wenn sie in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind, Wörter bilden. Diese „Wörter“ werden Gene genannt und wirken wie eine Anleitung für unsere Zellen.

Genexpression

Da das menschliche Genom sequenziert wurde, wissen wir, dass der Mensch etwa 25.000 Gene besitzt. Jedes Gen liefert die Anweisungen für ein bestimmtes Protein (und manchmal für viele Versionen dieses Proteins). Wenn ein Gen in einer Zelle Proteine produziert, spricht man von einer Genexpression.

Die Genexpression erfolgt in zwei Hauptphasen. Zunächst lesen spezialisierte Zellstrukturen das Gen ab und verwenden diese Information, um eine molekulare Botschaft in Form eines mRNA-Moleküls (Boten-Ribonukleinsäure) zu produzieren – dieser Vorgang wird Transkription genannt. Anschließend wandert das mRNA-Molekül aus dem Zellkern in das Zytoplasma der Zelle. Ein Ribosom liest die Nachricht ab und produziert ein Protein, das genau den Anweisungen des Gens entspricht – diesen Vorgang nennt man Translation

Jede Zelle in Ihrem Körper (mit Ausnahme der Geschlechtszellen) enthält die gleiche DNA und somit auch die gleichen Gene. Allerdings wird nicht jedes Gen in jeder Zelle exprimiert. Wenn ein bestimmtes Gen exprimiert wird, sagen wir, dass dieses Gen „an“ ist. Wenn ein Gen eingeschaltet ist, bildet es Proteine, die die Funktion oder Entwicklung des Organismus in irgendeiner Weise beeinflussen.

Die Entscheidung, ob ein Gen ein- oder ausgeschaltet ist, ist ein sehr spezifischer und komplexer Prozess. Er wird durch Signale innerhalb und außerhalb der Zellen reguliert und führt zu der unglaublichen Vielfalt von Zellen, die wir in unserem Körper sehen. Zum Beispiel werden die Gene, die für Muskelproteine wie Aktin und Myosin kodieren, nur in Muskelzellen exprimiert, nicht aber in den anderen Zellen unseres Körpers, obwohl die Gene in diesen anderen Zellen vorhanden sind.