Unterabschnitte
Gene
Der genotyp ist die Zusammensetzung genetischer Faktoren, die zu einem
nach Aussen hin sichtbaren oder messbaren Phänotyp führt.
Jedes Gen enthält die Sequenz, die für ein bestimmtes Polypeptid
codiert. Ein Organismus, dessen Gen defekt ist, wird als Mutante
bezeichnet.
Mendelsche Genetik
1865 entdeckte Gregor Menden die Gene. Das Gen wurde als kleines
Element, das unverändert auf die Nachkommen weitergegeben wird,
betrachtet.
Die verschiedenen Formen eines Gens bezeichnet man als Allele. Die
zweite Mendelsche Regel beschreibt die Segregation von Allelen: Allele
haben keinen dauerhaften Einfluss aufeinander, sondern spalten sich
bei der Weitergabe an verschiedene Gameten unveränder auf.
Hat ein Organismus zwei gleiche Allele, ist der homozygot; ansonsten
wird er als heterozygot bezeichnet.
Die erste Mendelsche Regel, die Uniformitätsregel besagt, dass man bei
der Kreuzung von zwei homozygoten Organismen nur hetereozygote
Nachkommen mit einem identischen Phänotyp bekommt. Bei weiteren
Generationen kommt dann der Phänotyp der Eltern wieder zum Vorschein.
Bei einem dominanten Allel wird der Phänotyp allein von dem dominanten
Allel bestimmt. Das andere Allel ist dann rezessiv und wird nur dann
ausgeprägt, wenn beide Allel identisch sind.
Bei einer unvollständigen Dominanz steht der Phänotyp des
heterozygoten Individuums zwischen die beiden homozygoten Formen
(z.B. rosa Blüten bei den homozygoten Phänotypen weiss und rot).
Als kodominant werden Alle bezeichnet, die zu gleichen Teilen den
Phänotyp gestalten (etwa die Blutgruppen beim Menschen).
Die dritte Mendelsche Regel der freien Kombination der Gene besagt,
dass in der F2-Generation bei einer für zwei unterschiedliche Merkmale
homozygoten F0-Generation diese Merkmale so verteilt sind, dass man
daraus schliessen kann, dass die Merkmale unabhängig voneinander
vererbt werden.
Die wesentlichen Aussagen Mendels waren alse, dass Gene in Allepaaren
auftreten und die Verteilung der Gene auf die Gameten von der
elterlichen Herkunft unabhängig ist.
Chromosomen
Thomas Morgan konnte 1910 an Mutanten von Drosophila zeigen, dass man
bestimmte Gene einem bestimmten Chromosom zuordnen kann. Der Nachweis
erfolgte über die Lokalisation der geschlechtsgebundenen
white-Mutation (X-chromosomal, d.h. dass alle Söhne weisse
Augen haben und nur die homozygoten Töchter weisse Augen haben).
Befinden sich zwei Gene auf einem Chromosom, werden sie als gekoppelt
bezeichnet und die Bildunf von rekombinanten Geneotypen geht
zurück. Durch eine Rückkreuzung mit dem homozygoten Elterneteil kann
man relativ einfach überprüfen an Hand der Häufigkeit, mit der das
Merkmal in Kombination auftritt, wie eng es an das andere gekoppelt
ist.
Die Rekombination gekoppelter Gene findet in der Meiose statt. Dort
kann man ein Chiasma, einen Bruch der homologen Chromosomen und ein
Crossover beobachten, durch das es zur Rekombination der
entsprechenden Angschnitte kommt.
Mittels der Häufigkeit der Rekombination zweier Merkmale kann man
einen sogenannten Kartierungsabstand in Morgan-Einheiten berechnen,
der einer Crossoverhäufigkeit von 1% entspricht. Durch diese
Kartierungsabstände kann man die relative Position der Chromosomen
zueinander bestimmen.
Zu einer Kopplungsgruppe zählt man alle Gene, die man anhand ihrer
Kopplung direkt oder indirekt miteinander in Verbindung bringen kann.
1945 wurde die Hypothese von Ein-Gen-ein-Enzym aufgestellt. Nach
dieser Hypothesw wird jeder Stoffwechselschritt durch ein Enzym
katalysiert, das von einem Gen gebildet wird. Durch Untersuchungen an
der Sichelzellenanämie korrigierte man die Hypothese in die
Ein-Gen-ein-Protein-Hypothese, da ein Protein im Fall eies
Hereomultimers auch aus unterschiedlichen Untereinheiten, für die
unzerschiedliche Gene kodieren, aufgebaut sein kann.
Um festzustellen, ob zwei Mutationen auf eines oder mehrere Gene
zurückzuführen ist, bedient man sich des Kompementationstests. Man
kreuzt bei diesem Test zwei für unterschiedliche Mutationen homozygote
Eltern und betrachtet die Nachkommen. Wenn bei beiden Mutationen das
gleiche Gen betroffen sind, sind alle Nachkommen von mutantem
Phänotyp. Wenn hingegen unterschiedliche Gene betroffen sind,
komplementieren sich die Mutationen und es gibt auch gesunde
Phänotypen. Wenn bei zwei Mutanten keine Komplementation auftritt,
bezeichnet man sie als Komplementationsgruppe, da sie die gleiche
Funktion betreffen. Die Einheit dieser Gruppe ist das Cistron, welches
so definiert ist, dass sich zwei Mutationen in einem Ciston sich nicht
komplementieren können.
Man unterscheidet bei einer Mutation eine Punktmutation, bei der nur
eine einzelne Base verändert von einer Chromosomenmutation, bei der
man eine grosse Insertion oder Deletion vorfindet. Deletionen kann man
lokalisiern, indem man ihre Fähigkeit mit unterschiedlichen
Punktmutanten zu rekombinieren überprüft. Wenn die Punktmutation in
dem Bereich der Deletion liegt, findet keien Rekombination statt.
Die Untersuchung von Mutation gestaltet sich vor allem in den Fällen
problematisch, wenn die Mutation entweder im phänotyp nicht sichbar
ist oder sich lethal auswirkt. Eine konditional lethale Mutation ist
nur unter bestimmten Bedinungen tödlich. Die Bedingungen, unter denen
er einen normalen Phänotyp aufweist werden permissiv, die unter denen
der stirbt oder erkrankt restriktiv genannt.
Wenn eine Mutation ein Gen (z.B. durch Deletion) vollständig
auslöscht, dann spricht man von einer Null-Mutation. Wenn die
Genfunktion durch eine Mutation nur eingeschränkt wird, spricht man
von iner loss-of-function-Mutation; wenn das Protein durch die
Mutation hingegen neue Funktionen übernimmt, spricht man von einer
gain-of-function-Mutation.
Im einfachsten Fall findet man in einer Population ein Gen, das den
funktionalen Wildtyp codiert und eine oder mehrere funktionsuntüchtige
Mutationen.
Bei der white-Mutation von Drosophila ist der Wildtyp w+ in einem
heterozygoten Tier immer dominant. Zahlreiche Mutationen des Gens
bilden unterschiedliche Augenfarben. Bei dieser multiplen Allelie kann
ein heterozygotes Tier Träger von unterschieldichen mutanten Allelen
sein.
Wenn es nicht, wie bei Drosophilas white-Gen, einen eindeutigen
Wildtyp gibt, sondern, wie bei der Blutgruppe des Menschen zwei
unterschiedliche Gene (A und B) gleichberechtigt auftreten, spricht
man von einem Polymorphismus.
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