15. Vorlesung (ChatGPT): Genetik & Epigenetik

Ein Chromosom enthält den Doppelstrang der DNA – die Organisationsstruktur der Erbinformation.

• Gene sind Abschnitte der DNA, die ein bestimmtes Merkmal kodieren (z. B. Haarfarbe).

• Jedes Chromosom liegt doppelt vor: eins von der Mutter, eins vom Vater.

• Beide enthalten Gene für dieselben Merkmale → homologes Paar.

• Unterschied möglich: verschiedene Allele (z. B. Haarfarbe blond vs. schwarz).

• Grundsubstanz: DNA (DNS = Desoxyribonukleinsäure)

• DNA ist um Proteine (Histone) gewickelt → kompakte Verpackung im Zellkern.

Jeder Strang besteht aus:

1. Zucker (Desoxyribose)

2. Phosphatgruppen

3. Nukleotidbasen: • Adenin (A) – Thymin (T) • Cytosin (C) – Guanin (G)

Ein Nukleotid besteht aus:

• Zucker (Desoxyribose)

• Phosphatrest

• Stickstoffhaltige Base (A, T, G, C)

Details merken:

Ein Nukleotid = „Bau-Steinchen“ der DNA; viele aneinandergereiht = DNA-Strang.

• Genexpression = Herstellung von Proteinen

• Proteine sind Ketten aus Aminosäuren, die durch chemische Bindungen verbunden sind.

Funktionen von Proteinen:

• Bausteine für Gewebe & Organe

• Ionenkanäle in Zellmembranen

• Steuerung & Regulation (Hormone, Neurotransmitter)

• Transport & Speicherung (z. B. Hämoglobin = Sauerstofftransport)

• DNA wird an einem Genabschnitt aufgetrennt

• RNA-Polymerase lagert passende Basen an:

– Adenin – Uracil (statt Thymin!)

– Cytosin – Guanin

• Ergebnis: mRNA (messenger RNA) – Kopie eines DNA-Strangs

• Promoter = Startsignal → zeigt RNA-Polymerase, wo abgelesen wird

• Start-Codon = Beginn des Gens

• Stop-Codon = Ende des Gens

→ So wird definiert, welcher Abschnitt der DNA zu einem Protein gehört

• Ribosom bewegt sich an der mRNA entlang

• Alle 3 Basen = 1 Codon

• Passende tRNA mit Anticodon bindet → bringt eine Aminosäure mit

• Aminosäuren verbinden sich zur Protein-Kette

• Sie müssen komplementär zur mRNA sein

• Jede tRNA trägt eine bestimmte Aminosäure → richtige Einbau-Reihenfolge

• Codon (mRNA) = 3 Basen → 1 Aminosäure

• Anticodon (tRNA) = Gegenstück, das die passende Aminosäure liefert

• Durch tRNA entsteht die Aminosäuresequenz = Protein

• Fast jede Aminosäure hat mehrere mögliche Codons (Ausnahme: Tryptophan)

• Start-Codon AUG = Beginn der Translation (Aminosäure Methionin)

• Stop-Codon UGA = Ende der Translation

• Codesonne: von innen nach außen lesen → Basentriplett → Aminosäure

• Mutation = Veränderung der Erbinformation

• Betrifft DNA, Chromosomen oder ganzen Chromosomensatz

→ Kann die Struktur und Funktion von Proteinen beeinflussen

• Ein Nukleotid wird ausgetauscht → Leseraster bleibt

• Neues Triplett codiert eine andere Aminosäure

• Bsp.: Sichelzellenanämie

– verändertes Hämoglobin verklumpt

– Sauerstofftransport eingeschränkt

– Blutgefäße können verstopfen

– Vorteil: Malaria-Resistenz

• Ein Basentriplett fehlt → Protein verliert eine Aminosäure

• Bsp.: Mukoviszidose

– defektes Protein kann Chloridionen nicht transportieren

– zäher Schleim in der Lunge → Infektionen

– früher: Lebenserwartung 15 Jahre, heute ca. 40

• Fehler bei der Meiose (Reduktion 2×23 → 1×23 Chromosomen)

• Folgen:

– Hybridgen (Substitution)

– Genverlust (Deletion)

• Bsp.: Rot-Grün-Blindheit

– Gene für Farbsehen betroffen → Rot & Grün können nicht unterschieden werden

• Abfolge der Gene innerhalb eines Chromosoms wird verändert

• Bsp.: Wolf-Hirschhorn-Syndrom

– Deletion auf Chromosom 4

– Folgen: „Hasenscharte“, Wachstums- und Entwicklungsverzögerungen

– Seltenheit: ca. 1:50.000

• Chromosom 21 tritt als Tripel (statt Duplikat) auf

• Typische Merkmale:

– kurze Kopfform, flaches Gesicht

– Sandalenfurche am Fuß

– eingeschränkte intellektuelle Fähigkeiten (individuell verschieden)

• Zusätzliches X-Chromosom bei Männern → XXY

• Häufigkeit: 1–2 pro 1000 männliche Neugeborene

• Folgen:

– kleine Hoden, wenig Testosteron

– kaum funktionstüchtige Spermien

– meist keine Fruchtbarkeit

• Fragestellung: Wie werden Eigenschaften vererbt?

• Methode: Kreuzungsexperimente (z. B. Blütenfarbe bei Pflanzen)

• Ergebnis: Gene & ihre Mutationen werden nach festen Regeln weitergegeben

1. X-/Y-chromosomale Erbgänge → Gen sitzt auf Geschlechtschromosomen

2. Autosomale Erbgänge → Gen sitzt auf den 22 übrigen Chromosomenpaaren

Beide können sein:

• Dominant → 1 Gen reicht, Krankheit tritt auf

• Rezessiv → Krankheit tritt nur auf, wenn beide Allele krank sind

• Ursache: X-chromosomal-rezessiver Erbgang

• Frauen haben 2 X-Chromosomen → gesundes X gleicht oft das kranke aus

• Männer haben nur 1 X → wenn dieses defekt ist, tritt die Krankheit sofort auf

• Ursache: Autosomal-dominanter Erbgang

– verändertes Gen liegt nicht auf Geschlechtschromosomen

– 1 defektes Allel reicht für Krankheitsausbruch

• Symptome:

– Bewegungsstörungen (unwillkürliche Bewegungen, Grimassieren)

– Sprachstörungen, psychische Veränderungen (Reizbarkeit, Aggressivität)

• Vererbung: tritt meist in aufeinanderfolgenden Generationen auf

• Genommutation (Chromosom 21 liegt dreifach vor)

• Kein dominant/rezessiv – kann auch bei gesunden Eltern auftreten

• Risikofaktor: Alter der Mutter

– Eizellteilung bei älteren Frauen störungsanfälliger → mehr Teilungsfehler

• Epi = „jenseits“ → Veränderungen jenseits des genetischen Codes

• Die DNA-Sequenz bleibt unverändert, aber:

– Gene können mal aktiv (abgelesen)

– oder stillgelegt sein

• Ursache: veränderte Verpackung der DNA

• DNA ist um Histone gewickelt („Platzsparen“)

• Eng gewickelt → Genabschnitt nicht zugänglich → keine Transkription

• Locker gewickelt → Gen kann abgelesen werden → Protein entsteht

• Methylgruppen binden an Cytosin-Guanin-Stellen der DNA

• Blockieren Transkriptionsfaktoren → Gen wird stillgelegt

= epigenetic silencing

• Beispiele: Ernährung, Stress, Umweltgifte, Erlebnisse

• Wirkung:

– Methylgruppen hinzugefügt → Gen wird abgeschaltet

– Methylgruppen entfernt → Gen wird aktiviert

• Schwangere Frauen in Hungersnot → Gene für fettige Verdauung stillgelegt

• Kinder wuchsen später im Nahrungsüberfluss auf → Herzkrankheiten

• Auch Enkelgeneration betroffen → transgenerationale Vererbung

• Mäusebabys ohne Mutter → anhaltender Stress

• Folge: Stressgen im Hippocampus aktiviert (Methylgruppe entfernt)

• Verhalten: Panik, Angst in neuen Situationen

• Effekt wird an nächste Generation weitergegeben

• Epigenetische Veränderungen (z. B. Stress, Ernährung) können an Kinder & Enkelkinder weitergegeben werden

• Ohne Veränderung der DNA-Sequenz selbst

Ja:

• Positive Umwelteinflüsse oder Psychotherapie können Methylgruppen wieder hinzufügen/entfernen

• Beispiel: überflüssige Stressgene werden ausgeschaltet

= Resiliencing