Gene - Chemie ist unser Leben

Krebszellen sind nicht tödlich, nur ihr Vordringen in
fremde Organe macht sie so gefährlich.

Gene - Puzzleteile des Lebens

 

Unsere menschliche DNA besteht aus vielen Abschnitten, den Exons und den Introns. Als Gen bezeichnet man einen Abschnitt auf der DNA, der ...


... eine bestimmte Information enthält. Im Chromosom 3 zum Beispiel gibt es ein Gen, das für die Haarfarbe zuständig ist. Je nachdem wie viel Aminosäure Tyrosin aus den Basen UAC oder UAU) erzeugt wird, gibt es mehr oder weniger Farbpigmente Melanin zur Färbung der Haare. Es gibt nur zwei verschiedene Sorten Melanin, ein schwarz-braunes und ein rotes. Aus dem Mischungsverhältnis erhält jeder Mensch seine individuelle Haarfarbe. Graue Haare im Alter bedeuten dabei nur, dass nicht mehr genug Haarfarbstoff gebildet wird und die Haare daher grau und farblos (weiß) werden. Andere Gene bestimmen die Körpergröße oder die Augenfarbe. Das Chromosom 23 ist zuständig für das Geschlecht. Vereinfacht kann man sich merken, dass Gene in Abhängigkeit der Folge der Nukleinbasen bestimmte Aminosäuren und damit wieder bestimmte Proteine erzeugen, die dann wieder Merkmale erzeugen.

 

Im Jahr 2001 wurde die Sequenz des gesamten menschlichen Genoms (Summe aller Gene) veröffentlicht. Insgesamt enthält das menschliche Genom 3.095.677.412 Nukleinbasenpaare. Aber nur etwa 2% des menschlichen Erbgutes enthalten den Code für die Herstellung von Proteinen, aus denen unsere etwa 20000 bekannten Gene bestehen. Ist der Rest nur „Müll und Schrott“, für das man die Introns (Bereiche zwischen den Exons mit den Genen) anfangs hielt? Oder sind dort Informationen enthalten, von denen wir bloß noch nichts oder zu wenig wissen? Normalerweise besitzt ein so ausgeklügelter Organismus, wie auch der Mensch einer ist, nur funktionell wichtige Teile, könnte man denken. Aber schon die Beispiele von Blinddarm und Gallenblase können auch vermuten lassen, dass es da doch noch Überreste aus Zeiten unserer Urahnen vorhanden sind, die in unseren Genen weiterleben und auch heute noch immer weitervererbt werden. Das menschliche Genom besitzt einen hohen Anteil dieser scheinbar nutzlosen Introns; es gibt teilweise große Abschnitte zwischen den Genen, die bei der Vererbung nicht ausgewertet werden. Siddhartha Mukherjee vergleicht das in seinem Buch „Das Gen“ mit einem Satz, ähnlich wie diesem:

 

NUR.............DIE.......SER..........TEIL.......DE.....R.....DNA.....WI..RD................KOPIE..RT.....UND.....................WEI.......TER..V.........ERER.....BT

 

 

 

So wie Sie diesen Satz aus ganzen und Teil-Worten lesen können, auch wenn er dazwischen „sinnlose“ Lücken enthält, wird die Erbinformation bei der Zellteilung aus dem DNA-Strang ausgelesen, wobei die Introns (die Lücken, dargestellt als Punktfolge) herausgeschnitten werden. Wie das Auslesen der Erbinformation abläuft, werde ich versuchen, im Folgenden zu beschreiben.

 

Zwischen den beiden DNA-Strängen befinden sich in bestimmter Reihenfolge Basenpaare (die Sprossen), die den Codogenen Strang mit dem zweiten Strang verbinden. Die beiden Stränge der Doppelhelix bezeichnet man auch als Zucker-Phosphat-Rückgrat (Backbone) der DNA. Wenn man genau hinschaut, erkennt man, das oberer (Codogener) und unterer Strang jeweils die komplementären Nukleinbasen enthalten (T und A, A und T, C und G usw.) Folgt man jetzt zum Beispiel dem vom Ribosomen erzeugten mRNA Strang, so liest man diesen immer in Dreier-Buchstaben-Gruppen ab und kann daraus bestimmen, welche Aminosäure gebildet wird. Im Bild unten habe ich mit rotem Pfeil ein Beispiel gekennzeichnet. Aus dem DNA-Triplett GGT wird auf der mRNA das Triplett CCA, was die Bildung von Prolin zur Folge hat. Das Ribosom ist ein sehr komplexes Protein- und Ribonukleinsäure (RNA)-Gebilde, welches ich im Bild grau dargestellt habe. Es liest zunächst wie ein Baumeister den Codogenen Strang wie einen Bauplan und bildet die komplementäre Nukleinbase auf dem mRNA-Strang nach. Diesen Vorgang nennt man Transkription, was so viel wie Umschrift bedeutet. Dabei wird auf dem mRNA-Strang die passende Nukleinbase erzeugt, die bis zum Abbruch dem zweiten Strang der DNA Kette entspricht. Mit einem Unterschied, wie man im Bild hoffentlich erkennen kann. Als Gegenbase zu Adenin wird auf der mRNA nicht Thymin, sondern Uracil gebildet. Aus der Art und Reihenfolge der auf der mRNA-Kette erzeugten Nukleinbasen bildet das Ribosom (der Baumeister) dann in einem zweiten Schritt, Translation (Übersetzung) genannt, die jeweilige Aminosäure. Aus der Basenfolge AUG wird zum Beispiel die Aminosäure Methionin (Met) und aus der Basenfolge GCU wird Alanin (Ala). Ich habe die Namen der produzierten Aminosäuren unter die jeweiligen Basentripletts geschrieben.

 

 Aber Achtung: Das Ribosom fängt auf der mRNA-Kette erst an zu arbeiten, wenn es auf die Basenfolge AUG trifft (wie zufällig in meinem Bild). Die erste erzeugte Aminosäure für ein neues Protein ist also immer Methionin. Das Protein ist fertig, wenn das Ribosom auf eine der Basenfolgen UAA, UAG oder UGA trifft. In diesen Fällen wird keine Aminosäure gebildet, sondern das Ribosom hat die Aminosäuren für ein neues Protein fertiggestellt. Die mRNA-Kette hat aus den verketteten Aminosäuren nun ein neues Protein erstellt, das eine exakte Kopie des vorgefundenen Codes ist. Das Ribosom sucht nun nach weiteren Startzeichen (der Aminosäure Methionin) und bildet gegebenenfalls weitere Proteine bis der gesamte Code kopiert ist. Die mRNA-Kette besitzt jetzt eine Kopie aller Gene. Die Gesamtheit aller Gene bezeichnet man als Genom. Jetzt muss diese mRNA-Kette nur noch den Zellkern verlassen, was sie auch tut, denn ihr Name mRNA bedeutet Messenger RNA. Sie ist also der Bote, der die Genkopie aus dem Zellkern transportiert. Wenn die Zelle sich dann teilt, verbleibt das Original in der einen Hälfte und das neu erzeugte Genom (die Kopie) in der anderen Hälfte. Nach der vollständigen Teilung der Zelle besitzen diese beide den gleichen genetischen Code.

 

Wie kann man nun aber relativ einfach aus den vorhandenen Tripletts der Nukleinbasen die erzeugte Aminosäure bestimmen? Dazu gibt es Tabellen oder aber die einfacher abzulesende sogenannte Gensonne oder auch Codesonne. Auf dieser Scheibe kann man von innen nach außen den drei Buchstaben der Nukleinbasen folgen und erkennt dann am äußeren Rand, welche Aminosäure gebildet wird. Das ist ganz vereinfacht ausgedrückt – ich bin ja kein Biologe oder Molekularwissenschaftler – aber ich hoffe, Sie verstehen es, wenn Sie sich schon an dieses schwierige Kapitel hier gewagt haben. Ich bitte aber um Nachsehen. Dieses Buch ist kein Lehrbuch für Studierende. Ich möchte die mich faszinierende Gentechnik (oder auch Molekularbiologie) nur als Laie den interessierten Lesern etwas verständlicher machen. Ich kann meine Erkrankung durch die Beschäftigung mit diesem Thema besser verstehen und muss gestehen, dass ich mich sehr wundere, das GIST eine so seltene Krankheit ist. Es ist eben doch ein Wunder, was da in unserem Körper vor sich geht – da muss man einen „Patzer“ schon mal verzeihen.

 

Noch ein Wort zu den Introns, die man lange Zeit für unnütz und Müll gehalten hat. Zumindest eine sinnvolle Aufgabe schreibt man den Introns mittlerweile zu. Sie teilen die Protein-Gene in kleine Teilabschnitte auf – Exons genannt – und ermöglichen damit, dass aus einem Gen unterschiedliche Protein-Varianten entstehen können, je nachdem, wo die Teilung stattfindet und was herausgeschnitten wird. Das ermöglicht Evolution (Weiterentwicklung), aber auch Mutation mit nicht vorhersagbaren Folgen. Aus der Struktur

 

NUR.............DIE.......SER..........TEIL.......DE.....R.....DNA.....WI..RD................KOPIE..RT.....UND.....................WEI.......TER..V.........ERER.....BT

 

 

 

könnte auch nur ein Teil herauskopiert werden, was dann einen völlig anderen Sinn, ein anderes Protein und damit eine andere Funktion ergibt:

 

NUR.............DIE.......SER..........TEIL.......DE.....R.....DNA.....WI..RD................KOPIE..RT.....UND...................WEI.......TER..V.......ER..ER.....BT

 

Auszug aus meinem Buch "GIST, Gene und Mutationen", das voraussichtlich im Juni 2018 erscheinen wird.