Genetischer Code Informationsfluss in der Zelle Gentechnik

Informationsfluss in der Zelle
Genetischer Code
Erde
Land
Bundesland
Stadt
Menschen
Zelle
Chromosom
Chromosomfragment
Gen
Watson und Crick klärten 1953 die Struktur der
Desoxyribonukleinsäure (DNA) auf. Diese liegt in Form
einer Doppelhelix vor und besteht aus zwei
DNA-Strängen, die sich komplementär paaren. Die
DNA ist das Erbmaterial jeder Zelle. Sie trägt die
Instruktionen für die Entwicklung und Funktion aller
lebenden Organismen.
Die genetische Information ist in DNA-Segmenten
gespeichert. Diese Segmente werden als Gene
bezeichnet. Viele Gene kodieren für Proteine.
Die wesentlichen Bausteine der DNA sind Basen. Die
DNA enthält vier Basen: Adenin, Thymin, Guanin und
Cytosin. In der Doppelhelix paaren immer Adenin mit
Thymin und Guanin mit Cytosin.
Allein durch eine unterschiedliche Abfolge der vier
Basen kann ein komplexes Protein kodiert und letztlich
die Information für einen gesamten Organismus
gespeichert werden.
DNA
Gentechnik
Replikation
DNA
reverse
Transkription
Transkription
RNA
RNAReplikation
Translation
Protein
Protein
Aminosäuren
DNA
Transkription
Bei Eukaryoten (z.B. Mensch) hingegen
muss die mRNA den Zellkern erst
verlassen, bevor im Zellplasma die
Translation beginnen kann.
Translation
mRNA
Zellkern
Eukaryot
Synthetische Biologie
Gentechnik ist die gezielte Veränderung und Neukombination von
DNA-Sequenzen und damit des Erbmaterials von einem Organismus. Dabei wird
häufig artfremde DNA oder ein neu synthetisiertes Gens eingebracht.
Grüne Gentechnik: Anwendung bei Pflanzen (z.B. Schädlingsresistenzen,
verbesserte Stresstoleranzen)
Weiße Gentechnik: Anwendung in der Industrie (z.B. Essigsäure- oder
Glutamatproduktion sowie Herstellung von Bier, Waschmittelkomponenten)
Graue Gentechnik:
Abwasserreinigung)
Um ein Protein herzustellen muss die Zelle einen “Bauplan”
herstellen. Ein solcher “Bauplan” ist in einem Abschnitt der DNA
kodiert (Gen). Dieses Gen wird bei der Transkription abgelesen und
in messenger-RNA (mRNA) umgeschrieben. Die Sequenz dieser
mRNA wird bei der Translation in eine Aminosäuresequenz
übersetzt. Gemäß dieser Sequenz werden die Aminosäuren
verknüpft und das Protein entsteht. Bei Prokaryoten (z.B. Bakterien)
finden alle Vorgänge im Zellplasma statt.
Anwendung
speziell
in
der
Abfallwirtschaft
(z.B.
Rote Gentechnik: Anwendung bei Zellen und Organismen in der Medizin und
Pharmazie (z.B. Insulinproduktion, Herstellung von Zellen/Geweben für
regenerative Medizin)
Probleme: Zeitaufwändig, hohe Koplexität, Mangel an standardisierten
Komponenten
Synthetische Biologie beinhaltet die Standardisierung
von DNA in Bausteinen, sogenannten BioBricks. Diese
Modularisierung
vereinfacht
die
Nutzung
gentechnischer und molekularbiologischer Methoden.
Ziel ist es ingengieurswissenschaftliche Prinzipien mit
biologischen Komponenten zu kombinieren und
dadurch Prozesse zu optimieren. Der Unterschied zur
Gentechnik liegt darin, dass nicht nur einzelne Gene
von einem in einen anderen Organismus transferiert
werden, sondern dass komplett künstliche Systeme
erzeugt werden können.
.GEM
BIELEFELD 2014