Molekulare Genetik

Die Molekulare Genetik erforscht die Grundlagen des Lebens auf molekularer Ebene, indem sie die Struktur, Funktion und Regulation der genetischen Information untersucht. Sie erklärt, wie Gene die Basis für die Ausbildung von Merkmalen bilden, wie genetische Information gespeichert, weitergegeben und interpretiert wird. In den folgenden Kapiteln beleuchten wir zentrale Aspekte, wie den Aufbau der DNA, den Informationsfluss von der DNA zum Protein sowie die Genregulation bei Pro- und Eukaryoten. Diese Themen bieten Einblicke in die Mechanismen, die das Leben ermöglichen und beeinflussen.

DNA – Aufbau

Die DNA ist ein komplexes Molekül, das die genetische Information speichert. Sie besteht aus Nukleotiden, die aus einem Zucker, einer Base und einem Phosphatrest bestehen. Die spezifischen Basenpaarungen und die Doppelhelixstruktur ermöglichen die präzise Weitergabe der genetischen Information.

DNA – Replikation

Die Replikation der DNA stellt sicher, dass genetische Informationen während der Zellteilung exakt weitergegeben werden. In den Phasen Initiation, Elongation und Termination spielen Enzyme wie DNA-Polymerase und Helikase eine zentrale Rolle.

DNA – Reparatur

Schäden an der DNA werden durch Mechanismen wie Proofreading, Exzisionsreparatur und Rekombination korrigiert. Diese Prozesse bewahren die Stabilität des Genoms und schützen vor Mutationen, die Krankheiten wie Krebs auslösen können.

Vom Gen zum Merkmal

Von der Transkription zur Translation: Dieser Prozess übersetzt genetische Informationen in Proteine, die letztlich für die Ausbildung von Merkmalen verantwortlich sind. Introns werden entfernt, Exons verknüpft und Proteine funktional modifiziert.

Genetischer Code

Der genetische Code übersetzt Basentripletts (Codons) der DNA in Aminosäuren. Seine Universalität und Redundanz gewährleisten eine präzise Proteinbiosynthese und Anpassung an Mutationen.

Aufbau eukaryotischer Gene

Eukaryotische Gene bestehen aus Exons, Introns und regulatorischen Sequenzen wie Promotoren und Enhancern. Diese Elemente steuern die präzise Genexpression und ermöglichen komplexe Zellfunktionen.

Informationsfluss vom Gen zum Protein

Die Genexpression umfasst Transkription, RNA-Prozessierung und Translation. Diese Schritte übersetzen genetische Information in funktionelle Proteine und sind essenziell für die Zellbiologie.

RNA und Splicing

RNA spielt eine Schlüsselrolle im Informationsfluss von DNA zum Protein. Das Splicing entfernt Introns aus der RNA und erzeugt reife mRNA, die in Proteine übersetzt wird.

Proteinsynthese

Die Synthese von Proteinen erfolgt an Ribosomen und umfasst die Phasen Initiation, Elongation und Termination. Aminosäuren werden dabei entsprechend der mRNA-Sequenz zu funktionellen Proteinen verknüpft.

Regulation der Genaktivität bei Prokaryoten

Prokaryoten regulieren ihre Gene durch Operons sowie durch Substratinduktion und Produktrepression. Diese Mechanismen ermöglichen eine schnelle Anpassung an Umweltveränderungen.

Regulation der Genaktivität bei Eukaryoten

Die Genregulation bei Eukaryoten ist komplex und umfasst Mechanismen wie DNA-Methylierung, Histonmodifikationen und RNA-Interferenz. Sie steuert die Zellfunktion und -differenzierung.

Genomik

Genomik analysiert alle Gene eines Organismus. Strukturelle und funktionelle Genomik entschlüsseln genetische Grundlagen von Krankheiten und eröffnen neue Möglichkeiten in Medizin und Landwirtschaft.

Proteomik

Die Proteomik untersucht die Gesamtheit aller Proteine eines Organismus. Sie analysiert deren Funktion, Modifikationen und Dynamik, um biologische Prozesse besser zu verstehen.

Epigenetik

Die Epigenetik erforscht, wie Umwelteinflüsse Gene an- und ausschalten, ohne die DNA-Sequenz zu verändern. Mechanismen wie DNA-Methylierung zeigen, wie Gene flexibel reguliert werden können.