Desoxyribonukleinsäure (DNA oder DNS)

Desoxyribonukleinsäure
(DNA oder DNS)
Was ist das überhaupt, DNS. Oft wird sie als Bauplan des Lebens bezeichnet, als
Code für unseren Körper. Als Anleitung für unser Aussehen und unsere Hautfarbe.
Als unser Erbgut. Forscher erhoffen sich durch Gentechnologie den „perfekten
Menschen“. Andere sehen durch sie den Weg, gefährliche Krankheiten zu besiegen.
Wiederum andere sehen in Gentechnologie eine potenzielle Gefahr, der der Mensch
nicht gewachsen ist. Bewegen wir uns tiefer in das Thema „Gentechnologie“, und
sehen wir uns an, was das überhaupt ist-ein Gen...
Die DNS hat jeder Organismus in sich, und das viele, viele mal. Sie hat ihren Sitz im
Zellkern einer jeden Zelle, ob in einer Pflanzen-Tier oder Bakterienzelle. Sie ist dort
zu zwei spiralförmigen Strängen aufgewunden, der sogenannten Doppelhelix. Diese
zwei spiralförmigen Stränge werden von vier Grundeinheiten zusammengehalten, es
sind chemische Verbindungen, genannt Nucleotiden. Sie sind das „Rückrad“
(vereinfachte Darstellung eines DNS-Strangs ist auf dem Bild „Proteinsynthese“ zu
sehen) der DNS. Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T) werden sie
genannt.
Immer zwei dieser Stoffe (dabei passen aber nur C und G, und A und T ineinander)
sind miteinander verbunden.
Was aber nun macht den Code überhaupt aus? Es ist die Reihenfolge der ineinander
verketteten Nucleotiden, die zählt. Immer je drei von ihnen bildet eine
Informationseinheit (Codon), man kann es auch als Baustein bezeichnen. Es gibt 64
mögliche Kombinationen, also 64 Codons. Fast alle davon codieren für eine
Aminosäure. Drei der 64 Codons sind die sogenannten Stopp-Codons, und bewirken
einen Abbruch der Proteinherstellung. Es bleiben also 61 Codons für Aminosäuren.
Da aber in Proteinen nur 20 verschiedene Aminosäuren vorhanden sind, ist daraus
zu schließen, dass für die meisten Aminosäuren bis zu acht Codons codieren. Das
nennt man „Degeneration“. Doch das dient als Vorteil:
Z.B. für die Aminosäure Leucin gibt es sechs verschiedene Codons (UUA, UUG,
CUU, CUC, CUA, CUG). Wenn bei der Proteinsynthese (*siehe nächste Seite „Die
Proteinsynthese“)) nun bei der Transkription (*siehe nächste Seite) statt CUU durch
eine Mutation der DNS versehendlich CUA in die MRNA (*siehe nächste Seite)
eingebaut wird, hätte das keine Auswirkung auf die Synthese, da CUA ebenfalls für
die Aminosäure Leucin steht. Es kann aber trotzdem passieren, dass bei einem
Protein eine falsche Aminsäure eingebaut wird.
Proteine bestehen also aus Aminosäuren. Besteht ein Protein z.B. aus 100
Aminosäuren, so müsste der Anteil des dafür bestimmten DNS- Abscnittes 300
Nucleotiden, also eben 100 Bausteine lang sein. Damit die Zelle weiß wann sie
beginnen und anfangen soll, ein Protein herzustellen gibt es auch Codons die für den
Anfang und das Ende eines Abschnittes verantwortlich sind. Einen fertigen Abschnitt
mit allen dazugehörenden Einheiten nennt man dann Gen. Taußende von diesen
Genen sind auf einem DNS-Strang aneinandergereiht. Diese fertigen Abschnitte sind
alle zu „Knäudeln“ aufgewickelt, die wiederum sogenannte Chromosomen bilden.
Die Anzahl der Chromosomen ist von Spezies zu Spezies verschieden. Der Mensch,
beispielsweiße, hat 22 Chromosomenpaare, mit dem Geschlechtschromosom 23.
In ausgestreckter Form würden die DNS-Fäden in einer Zelle eine Länge von 1 ½
Metern ergeben.
Gene von verschiedenen Spezies im Vergleich:
Ein Virus besteht nur aus sehr wenigen Proteinen. Wenn man seine genetische
Information niederschrieben würde, so währen das nur etwa 3000 Buchstaben (=A,T,
G, T), also würde man nur ein schreibmaschinengeschriebenes Blatt voll bekommen.
Bei einer Bakterie würde die genetische Information schon 1000 Seiten füllen.
Und die eines Menschen würde 1000 Bücher mit je 1000 Seiten füllen.
Transkription-Translation Die
Proteinsynthese
Die Proteine werden Transkription und die Translation hergestellt. (Siehe bildliche
Abfolge, nächste Seite, Nummer 1.))Als erstes wird eine Abschrift des beliebigen
DNS-Abschnittes, also des Gens, gemacht.
Bei der Proteinsynthese gibt es aber zwei verschiedene Vorgänge.
Dabei kommt es auf den Zellentyp an. Einer der beiden ist der Prokaryont.
Am Gen gibt es Kontrollregionen, die für Anfang (Promotor (P) u. Operator(O)) und
das Ende (Terminator(T)) verantwortlich sind.
( 1.))Bei P und O beginnt die Umschreibung in RNA (Ribonukleinsäure), bei T endet
sie. Die Umschreibung passiert durch das Enzym „RNA Polymerase“. Es bindet sich
an das Gen kurz vor den Promotor. Es fährt die Sequenz ab, und tastet sie dabei
auch langsam ab.(2.)) Wenn es den Promotor erkennt, beginnt die Umschreibung.
Das Enzym teilt die Doppelhelix für diesen Vorgang kurz, und stellt jetzt einen mRNA
(messenger RNA) Strang her. Das Enzym schreibt für T ein A, für A ein U (Uracil),
für C ein G und für G ein C, es „übersetzt“ das Gen sozusagen. Beim Terminator
endet diese Übersetzung, kann nachher aber wieder beginnen, da bei Prokaryonten
mehrere Gene hintereinander liegen können. Nach der Transkription bildet die DNS
wieder den ursprünglichen Doppelstrang.
(3.))Noch während der Transkription ist die Translation im Gange. Ein wichtiger
Bestandteil dieses Vorganges sind Ribosomen, die für die Abtastung der mRNA
verantwortlich sind, indem sie sich an die mRNA binden. Es gibt wieder ein
Startsignal. (4.)) Jetzt kommt die tRNA (transfer RNA) ins Spiel. Das Ribosom tastet
die mRNA ab, und ließt den Code. Dieser Code steht für eine bestimmte
Aminosäure, welche von der dazu passenden tRNA zur mRNA transportiert wird.
Die tRNA bindet sich an die mRNA. Das Ribosom wandert zum nächsten Codon, und
genau der selbe Vorgang wiederholt sich: Es ließt den Codon, findet die dazu
passende tRNA mit der passenden Aminosäure, und bindet sich an die mRNA.
Nun passiert folgendes: (5.)) Die Aminosäure der vorigen tRNA verknüpft sich mit der
nächsten. Jetzt hat die nun unbeladene tRNA ihren Job erfüllt , und löst sich wieder,
um im Cytoplasma wieder beladen zu werden.
Dieser Vorgang wiederholt sich immer wieder, bis jede Menge Aminosäuren
verknüpft, und das Protein fertiggestellt ist.
In der Zelle werden normalerweise 20 Aminosäuren in der Sekunde hergestellt. Das
fertige Protein faltet sich dann und widmet sich seiner zugeordneten Funktion.
Was ist nun aber der Unterschied von Prokaryonten (PR) und sogenannten
Eukaryonten (EU), der andere Zellentyp?
Bei PR passiert die Transkription und die Translation im Cytoplasma, die Zelle hat
keinen Zellkern.
Deswegen kann die Translation schon während der Trankription passieren. Bei
Eukaryonten ist ein Zellkern vorhanden. Die Transkription ist eigentlich gleich, nur
geschieht sie im Zellkern, und die Translation im Cytoplasma.
Außerdem hat der EU ein sogenanntes „Käppchen“ zur Stärkung des
Immunsystems. Es verhindert das fremde RNA umgewandelt wird. Und der EU
besitzt ein „Polyarschwänzchen“, das die Zelle „haltbar macht“.
Wir haben also zwei Zelltypen kennen gelernt. Aber woher werden diese
Informationen gewonnen? Ein wesendlicher Teil der Zellforschung ist die
im amerikanischen Rockville liegende Zellbank ATCC (American Type Culture
Collection), wo viele taußende Zellkulturen. Pflanzen, Bakterien, Viren, Pilze,
tierische und menschliche Zellen aufbewahrt werden. Alles ist dabei. Gelagert
werden die Zellen bei –160 Grad. Bei diesen Temperaturen halten sie sich 20 000
Jahre lang. Jährlich werden 155 000 Zellproben in die ganze Welt vom ATCC
verschickt. So haben taußende Forschungsstellen die Chance an Impfstoffen gegen
alle möglichen Krankheiten zu kämpfen. Aber auch zum erhalten von vom
aussterben bedrohten Tierarten dient die genetische Forschung.
Die Proben kosten aber natürlich auch etwas. Eine Ampulle durchschnittlich 700
Schilling. Die Proben, die beim ATCC eingehen, werden vor dem einführen in die
Kollektion eingehend geprüft. Das ist wichtig, da sie verseucht sein, oder andere
Defekte haben könnten. Aus ausgewählten Proben werden oft viele der gewünschten
Zellen gezüchtet, in einer Nährlösung aus Salz und menschlichem Blutserum.
Viele Kunden der ATCC benutzen bestellen regelmäßig Eizellen für sogenannte
„Klonversuche“. Was das bedeutet, möchte ich hier genauer erläutern.
Vor c.a. . zwei Jahren haben es schottische Wissenschaftler geschafft ein Schaf zu
klonen (wird ein paar Absätze weiter unten erklärt) . Dies war für die Wissenschaftler
der erste Schritt dazu, dass auch bald Menschen geklont werden können. Für
manche ein Alptraum, für andere ein großes Ereignis. Die schottischen Forscher
manipulierten die Embryonalzelle eines Schafes und ließen die Zelle von einem
Leihmutterschaf austragen. „Dolly“ war das Ergebnis, ein Kind des Labors.
Und so waren die Forscher überzeugt, dass sich dieses Verfahren auch zum Klonen
von Menschen eignen würde. Manche stellen sich vor, durch Klonen könnte man den
perfekten Menschen herstellen. Das ist übrigens Blödsinn. Er würde sich nicht viel
von allen anderen Menschen unterscheiden- lediglich das Erbgut wäre gleich. Und
selbst das währe nicht unbedingt etwas besonderes, da es schon in der Natur
vorkommt: Nämlich bei eineiigen Zwillingen.
Die Neukonstruktion von Genen steht noch in den Sternen, selbst das normale
Klonen (zu dem ich später noch komme) bereitet Schwierigkeiten. Bei Schaf Dolly
verbrauchten die Wissenschaftler 300 geklonte Eizellen, bevor sie Erfolg hatten. Für
viele Menschen ist Klonen ein Verstoß gegen die Menschlichkeit.
In einigen Ländern gibt es Haftstrafen dafür. Diese Aspekte sind meistens eine Frage
der Ethik.
Wie funktioniert jetzt aber das Klonen?
Einem weiblichen Schaf wurde eine unbefruchtete Eizelle entnommen. Die
Wissenschaftler saugten den Zellkern mit seinem Erbgut mit einer winzigen Pipette
heraus. Dann injizierten sie der entleerten Zelle das Erbgut aus einer Euterzelle
eines Spenderschafes. Die künstliche Befruchtung wurde durch einen Stromstoß
verursacht, die die Zelle und das neue Erbgut verschmelzen ließen. Nach einer
Weile, in der die Zelle durch eine Nährlösung gewachsen ist, und so die
Mindestgröße erreicht hatte, wird sie dem Leihschaf injiziert. Die Schwangerschaft
und die Geburt erfolgte dann normal.
Die Schwierigkeiten bildeten sich nun dadurch, das die Eizelle das Erbgut auch
annehmen musste.
Buchvermerk:
Was der Mensch zu tun vermag/ Gentechnologie- mehr als eine Methode
(Hoechst Verlag)
Lexikon für jedermann(frau) /Medizin (Dr. Deorg A. Narciß)
Biotechnologie (Dr.- Ing. Konrad Soyez)
Gentechnik bei Bayern (Presse Bayer Forum)
Biotechnologie/Gentechnik (Fonds der chemischen Industrie Frankfurt)
P.M. (Wissenschaftsmagazin, Ausgabe Juli/1997 „Gentechnik: Oh Gott, kommt jetzt
der geklonte Mensch?“)
P.M. (Ausgabe Dezember/1995 „Ewiges Leben“)
Video (Spektrum, „Die Zelle 2“)