Genetik

Gen

Ein Gen ist eine Funktionseinheit im Erbgut aller Lebewesen, die die Information für die Herstellung eines Proteins oder RNA-Moleküls enthält. Hier erklären wir dir, wie ein Gen aufgebaut ist und was seine Bedeutung ist. Du lernst lieber audio-visuell? Dann ist unser anschauliches Video zu dem Thema genau das Richtige für dich!

Inhaltsübersicht

Was ist ein Gen?

In der klassischen Genetik ist ein Gen eine Einheit aus Erbinformationen, die für die Ausprägung eines Merkmals (z.B. Augenfarbe, Körpergröße) sorgt. Aus molekulargenetischer Sicht verstehst du unter einem Gen einen bestimmten Abschnitt auf dem Erbgut (meistens DNA ) eines Lebewesen. Der Abschnitt enthält verschlüsselte Informationen für die Herstellung eines Proteins oder eines RNA-Moleküls.

Mithilfe der Proteinbiosynthese können deine Zellen die Informationen entschlüsseln. Die dabei entstehenden Proteine können dann wiederum deinen Zellstoffwechsel oder dein äußeres Erscheinungsbild (Phänotyp) beeinflussen.  Die Gesamtheit der Erbinformationen einer Zelle ist das Genom.

Proteinbiosynthese, Gen, Gene, genetischer Code, Translation, Transkription, Basensequenz
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Gene als verschlüsselte DNA-Abschnitte

 

Die Anzahl der Gene, die wir Menschen besitzen, liegt schätzungsweise bei 22.000-25.000 Genen. Beeindruckend oder? 

Eine Definition für das Gen lautet wie folgt: 

Gen Definition

Ein Gen (auch Erbanlage, Erbfaktor; engl. gen/genes) ist eine Funktionseinheit der Erbinformation, das die Information für ein Polypeptid oder RNA-Molekül trägt. Früher wurde der Begriff von Gregor Mendel als kombinierbare Erbeinheit verwendet (Mendelsche Regeln). 

Gen Aufbau

Auf chemischer Ebene sind Gene aus Nukleinsäureketten aufgebaut. Darunter verstehst du lange Molekülketten, die aus vielen Einzelbausteinen – den Nukleotiden – bestehen. Bei allen Lebewesen ist der Träger der Erbinformationen die DNA (Desoxyribonukleinsäure). Bei bestimmten Viren (RNA-Viren, z.B. HI-Viren) liegen Gene als RNA-Moleküle (Ribonukleinsäure) vor. 

Aufbau Nukleinsäureketten, DNA, RNA, Nukleotid, Base, Phosphat, Zucker
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Aufbau Nukleinsäureketten bei DNA und RNA

Aus molekularer Sichtweise ist ein Gen meist ein DNA-Abschnitt, der die Bauanleitung für ein Protein oder bestimmte RNA-Moleküle enthält. Zusätzlich zählst du zu einem Gen auch noch spezielle Kontrollelemente auf der DNA. Sie sorgen dafür, dass bei der Herstellung der Genprodukte alles „richtig“ verläuft. Der sogenannte Promotor dient beispielsweise als Lesestartpunkt für die Transkription. 

Normalerweise besitzt jedes Gen einen definierten Ort auf einem Chromosom – den sogenannten Genort (Genlocus). Manche Gene sind allerdings in der Lage ihren Platz zu wechseln und sich selbstständig in eine andere Stelle im Erbgut einzufügen. Du bezeichnest sie deshalb auch als „springende Gene“ (Transposons).

Du kannst dir außerdem merken, dass es auch sogenannte Pseudogene gibt. Sie enthalten zwar auch die Information für ein Protein, allerdings entsteht daraus meist kein funktionsfähiges Genprodukt. Unser menschliches Genom enthält zum Beispiel ungefähr 20.000 dieser Pseudogene. Betrachten wir nun den Aufbau Eukaryotischer und Prokaryotischer Gene genauer. 

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Eukaryotisches Gen

In eukaryotischen Lebewesen liegen die Gene größtenteils als DNA Stränge um Proteine namens Histone gewickelt im Zellkern vor. Du bezeichnest die Einheit aus DNA-Strang und Proteinen als Chromosom

Neben den Chromosomen im Zellkern besitzen eukaryotische Zellen auch Gene in den Mitochondrien (mitochondriale DNA). In Pflanzenzellen zählst du auch die DNA in den Plastiden zu den Genen.  

Eukaryotische Gene, Exons, Introns, Chromosomen, DNA, Histon, Spleißen
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Eukaryotische Gene

Du kannst dir merken, dass aber nicht jeder DNA-Abschnitt eine Bauanleitung für ein Protein besitzt. Du bezeichnest diese Abschnitte dann als nicht codierende Bereiche oder Introns. Die codierenden Bereiche nennst du hingegen Exons (exprimierte Regionen). Beide Bereiche werden zunächst abgelesen (Transkription ). Aus der dabei entstehenden Kopieform (mRNA ) werden die Introns aber vor der Proteintranslation „herausgeschnitten“. Die Exons werden miteinander verknüpft. Den Vorgang bezeichnest du als Spleißen. 

Prokaryotisches Gen

Prokaryotische Gene kannst du dir als in sich geschlossene DNA-Moleküle (Bakterienchromosom) vorstellen, die frei im Zellplasma schwimmen. Außerdem können in Bakterienzellen noch genetische Informationen in ringförmigen Plasmiden  vorkommen. Diese können unter Bakterienzellen ausgetauscht werden und somit eine Weitergabe genetischer Informationen veranlassen. 

Prokaryotische Gene, Bakterienchromosom, Plasmid, Bakterien, Prokaryoten, DNA
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Prokaryotische Gene

Im Unterschied zu den Eukaryoten besitzen Prokaryoten keine Introns. Außerdem können hier mehrere ähnliche Gene (Strukturgene) sehr nahe hintereinander liegen. Das bezeichnest du als polycistronisch oder Gencluster. Die Herstellung der Genprodukte erfolgt gleichzeitig und wird nur von einer einzelnen regulatorische Stelle kontrolliert. Die Zusammensetzung aus polycistronischen Genen und Kontrollstelle nennst du auch Operon. %Um das Operon-Modell bei Prokaryoten Schritt für Schritt nachzuvollziehen, ist unser Beitrag dazu genau das Richtige für dich!</span><span style="color: #339966;">%Thumbnail Operon-Modell

Gen Bedeutung

Gene können mithilfe der DNA Replikation identisch vervielfältigt werden. Das ist vor allem wichtig bei Wachstum oder Verletzungen. Außerdem können Gene durch Fortpflanzung an Nachkommen weitergegeben/vererbt werden. 

Wie du bereits weißt, besitzen Gene den Bauplan, um Proteine bzw. weitere Genprodukte herzustellen. Während der sogenannten Genexpression  werden die Gene abgelesen und Kopien angefertigt. Anschließend werden gemäß des genetischen Codes die Genprodukte angefertigt. Die sogenannte „Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese“, also dass jedes Gen ein Enzym herstellt, trifft nach neueren Erkenntnissen nicht immer zu. Sie wurde zur „Ein-Gen-ein-Polypeptid -Hypothese/Beziehung“ weiterentwickelt. Ein Enzym besteht nämlich oft aus mehreren Polypeptiden, die aus verschiedenen Genen codiert werden müssen.  

Wichtig ist, dass du dir merkst, dass nicht nur Proteine/Enzyme über Gene hergestellt werden können. Gene können auch die Information für bestimmte RNA-Moleküle wie die tRNA oder die rRNA enthalten. Beide spielen auch eine wichtige Rolle während der Proteinbiosynthese. 

Die Genexpression ist darüber hinaus streng kontrolliert. Diese Genregulation  ist auch wichtig, da nicht zu jedem Zeitpunkt alle Genprodukte in jeder Zelle benötigt werden.

Hierfür sind zum Beispiel die Methylierung , allgemeine und spezifische Transkriptionsfaktoren oder die RNA-Interferenz zuständig. Schaue gerne bei unseren Beiträgen dazu vorbei, wenn du erfahren möchtest, wie die einzelnen Mechanismen funktionieren. 

Genmutation

Durch Fehler bei der DNA Replikation oder Beschädigungen durch sogenannte Mutagene (z.B. UV-Strahlung, bestimmte Viren), kann sich die Erbinformation in einem Gen verändern. Diese Art der Mutation  bezeichnest du als Genmutation. Sie kann zu einer veränderten Nukleotidsequenz führen und sich auf die Bildung von Proteinen auswirken.

Das wiederum kann Krankheiten wie die Blutkrankheit Sichelzellanämie oder Chorea Huntington auslösen. 

Wenn du mehr zur Genmutation ihren Arten und Auswirkungen auf den Organismus erfahren möchtest, dann schaue gerne bei unserem Beitrag dazu vorbei! 

Zum Video: Genmutation
Zum Video: Genmutation

 

Genvariationen 

Mutationen oder Prozesse während der Meiose (Keimzellenbildung), können veränderte Gene (und daraus veränderte Genprodukte) hervorbringen. Die Varianten bezeichnest du auch als Allele (Zustandsformen). Ein Allel sorgt beispielsweise für die Ausprägung grüner Augen und ein anderes für die Ausprägung blauer Augen. Die Vererbung der verschiedenen Allele führt unter anderem zu Populationen, die aus Individuen mit unterschiedlichem Erbmaterial bestehen. Das nennst du das auch genetische Variabilität. %Wir haben auch einen extra Artikel zum Allel für dich vorbereitet. Schaue gerne vorbei, um die Zusammenhänge noch besser zu verstehen.%Thumbnail Allele 

 

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