Epigenetik

Zusammenfassung

Lamarcks These der Erblichkeit von erworbenen Eigenschaften wurde lange Zeit belächelt, doch heute findet seine Idee durchaus Bestätigung in den Forschungsergebnissen der Epigenetik. Epigenetische Prozesse sind genetische Veränderungen, die jedoch nicht durch strukturelle Veränderungen des genetischen Codes bedingt sind. In diesem Kapitel besprechen wir die wichtigsten Vorgänge, die Einfluss auf die molekulare Struktur der Erbinformation nehmen, ohne dass diese sich verändert. Wir stellen DNA-Methylierung, Histonmodifikation und die Inaktivierung von X-Chromosomen im weiblichen Geschlecht vor, und wir gehen auf die Bedeutung von RNA-Genen ein. In diesem Zusammenhang sprechen wir von genomischer Prägung (nicht Veränderung!) und immer noch steht ein eindeutiger Beweis für die Vererbbarkeit über viele Generationen aus. Offensichtlich haben Umwelteinflüsse eine außerordentliche Bedeutung für epigenetische Prozesse.

Am Ende des Kapitels werden Aufgaben gestellt, für die wir Lösungsvorschläge im Kapitel 20 des Anhangs vorstellen. Das Lernen und Verstehen der Inhalte wird durch ein Glossar zusätzlich unterstützt.

Glossar

Asexuelle Reproduktion

Geschlechtslose Vermehrung eines Organismus; einige Eukaryoten können sich (▶) mitotisch (ohne Ausbildung von Gameten: Eizellen, Spermien bzw. Pollen) vermehren (Agametogenese). Bakterien vermehren sich ebenfalls asexuell. Asexuell reproduzierende Individuen geben ihre genetische Information – bis auf Mutationen – identisch an ihre Nachkommenschaft weiter.

Autosom

Chromosom des Kerngenoms von Eukaryoten (▶ G), das nicht primär an der Ausbildung des Geschlechts mitwirkt. Doch können sie durchaus Gene tragen, die für geschlechtsspezifische Funktionen codieren.

Basen

Bausteine des genetischen Codes – Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin bzw. Uracil.

Boten-RNA

Die komplementäre Abschrift eines Gens (▶ Transkription), die in eine Aminosäurenkette übersetzt wird (▶ Translation). Die Abkürzung mRNA rührt von „messenger RNA“.

Chromatide

Riesenmolekül (DNA-Doppelhelix), das die Erbinformation in linearer Abfolge trägt. Seine wesentlichen Bausteine sind die Nukleotide, die Elemente des genetischen Codes sind. In der aktiven Phase einer Zelle besteht normalerweise ein Chromosom aus einer Chromatide. Vor Mitose und Meiose eukaryotischer Zellen werden Chromatiden „identisch“ verdoppelt, und die Schwesterchromatiden (▶ G) sind durch das Zentromer (▶ G) verbunden.

Distal

Chromosomenabschnitte oder Gene, die nahe am Chromosomenende lokalisiert sind (proximal sind Chromosomenabschnitte in der Nähe des Zentromers).

DNA

Abkürzung von „deoxyribonucleic acid“. Ein Riesenmolekül, das aus einer linearen Abfolge von Nukleotiden besteht und einen Teil des genetischen Codes eines Individuums trägt (deutsch: Desoxyribonukleinsäure, DNS).

Desoxyribose

Zuckermolekül mit fünf Kohlenstoffatomen.

Eukaryotische Zelle

Zellen von Pflanzen, Pilzen und Tieren. Die Erbinformation dieser Zellen ist von einer Membran (Kernmembran) umgeben. Das sog. Kerngenom besteht aus mehreren Riesenmolekülen. Die Zellen tragen eine variable Anzahl von Mitochondrien. Darüber hinaus können pflanzliche Zellen auch noch Chloroplasten für die Photosynthese enthalten.

Heritabilität

Erblicher, genetisch bedingter Anteil phänotypischer Variabilität.

homologe Strukturen

Strukturen die sich in ihrer Gestalt entsprechen. Im Fall von Chromosomen gleichen sich homologe Chromosomen in ihrer mikroskopischen Struktur.

Klon , klonal

Individuen, die genetisch identisch sind und eine gemeinsame Abstammung haben. Individuen eines Klons sind genetisch identisch.

Metaphase

Phase im Zellzyklus einer eukaryotischen Zelle (▶ G), in der sich die Chromosomen verdichten und an der Äquatorialebene anordnen. Anschließend teilt sich die Zelle und die identische genetische Information der Mutterzelle wird an die beiden Tochterzellen weitergegeben.

Morph

Biologische Bezeichnung für die äußere Gestalt eines Individuums. Zum Beispiel werden Sexualtiere wie Männchen und Weibchen auch als Sexualmorphe bezeichnet.

Parthenogenese

Vermehrungsweise von einigen Eukaryoten, bei der nur das mütterliche Genom weitergegeben wird. Individuen der weiblichen Klonlinien sind, bis auf Mutationen, identisch (▶ asexuelle Vermehrung).

Plazentatiere

Unterklasse (Eutheria) der Säugetiere (Mammalia). Weitere Unterklassen sind die eierlegenden Kloakentiere (Protheria) und Beuteltiere (Metatheria).

pseudoautosomale Region

Die unterschiedlichen Geschlechtschromosomen einer Art besitzen Chromosomenabschnitte, die sich entsprechen (▶ homologe Strukturen) und damit für die korrekte Paarung während der Meiose von Bedeutung sind. Diese Regionen verhalten sich wie autosomale Chromosomenabschnitte (▶ G) und können auch rekombinieren (▶ G).

Rekombination

Austausch eines Chromosomenstücks zwischen zwei Informationsträgern (z. B. Chromosomen).

Replikation

Bis auf Mutation ein weitgehend identischer Kopiervorgang eines DNA-Fadens vor der Metaphase (▶ G) in der Mitose oder vor der ersten meiotischen Teilung (▶ G).

„ribonucleic acid“

▶ RNA (RNS)

RNA

Abkürzung von „ribonucleic acid“ (die deutsche Abkürzung RNS für Ribonukleinsäure ist veraltet). Ein Molekül, das sich von der (▶ DNA) leicht unterscheidet: So wird die Base Thymin durch Uracil ersetzt und der Zucker Ribose ist Teil des RNA-Moleküls. Der biologische Stoffwechsel benötigt eine große Anzahl verschiedener RNA-Moleküle: „messenger RNA“ (mRNA, Boten-RNA) für die Proteinsynthese; transfer-RNA (tRNA) für den Transport von einzelnen Aminosäuren zur Polypeptidsynthese; ribosomale RNA (rRNA) für den Aufbau von Ribosomen; außerdem eine Vielzahl von kleinen RNA-Molekülen, wie z. B. microRNA und „small interfering RNA“, die für die Regulation von Struktur-Genen von Bedeutung sind.

Transkription

Für die Synthese von Polypeptiden muss das Gen zuerst in eine RNA (▶ Boten-RNA) umgeschrieben werden.

Translation

Nach der Transkription (▶ G) wird die Botschaft der Boten-RNA (▶ G) in die Aminosäurenkette übersetzt.