Dies ist der zweite Teil der Genetik-Zusammenfassung. Genetik ist die Teilwissenschaft der Biologie, die sich mit der Vererbung beschäftigt - und wenn man von Vererbung spricht, meint man die Weitergabe der Erbanlagen von einer Generation von Organismen an die nächste Generation. Im letzten Video haben wir konstatiert, dass vor allem Genen eine große Bedeutung beigemessen werden können - weil diese über den Prozess der Proteinbiosynthese Proteine herstellen, die wiederum die Ausprägung von Merkmalen - z.B. Augenfarbe, Haarfarbe, Körpergröße steuern.
Ihr wisst, dass ein Gen ein ganz spezifischer Abschnitt auf der DNA ist, die wiederum wesentlicher Bestandteil der paarweise - diploid - vorkommenden Chromosomen ist. Je ein Chromosom stammt von der Mutter, eins vom Vater. Der Mensch besitzt also ein jeweiliges Gen in zweifacher Ausführung und in zwei unterschiedlichen Varianten - auch Allele genannt. Wir hatten uns im letzten Video beispielsweise ein Gen, das für das Merkmal Haarfarbe codiert, angeguckt. Wenn dieses Merkmal bei einer Person z.B. in zwei unterschiedlichen Merkmalsausprägungen - Allelen - vorkommt, z.B., weil die Person ein Allel für die Ausprägung brauner Haare und ein Allel für die Ausprägung roter Haare besitzt, dann ist meist eine Merkmalsausprägung gegenüber einer anderen dominant und setzt sich entsprechend im Phänotypen - dem äußeren Erscheinungsbild - durch. Z.B. werden braune Haare dominant gegenüber roten Haaren vererbt.
Das Allel für die Merkmalsausprägung braune Haare stellt - sehr stark vereinfacht- über den Prozess der Proteinbiosynthese den Farbstoff Eumelanin her, der für braune und schwarze Farbtöne verantwortlich ist. Manchmal ist die Expression eines jeweiligen Gens allerdings nur zu bestimmten Situationen oder Zeitpunkten erforderlich. Als Reaktion auf übermäßiges Sonnenbaden soll die Produktion des eben angesprochenen Melanins z.B. in den oberen Hautschichten stimuliert - angeregt - werden, um die Haut vor den schädlichen Auswirkungen der UV-Strahlung zu schützen. Das Gen für die Produktion von Eumelanin soll in einer solchen Situation also aktiv sein. Alpha-Lactalbumin, ein Protein in der Brustmilch, das verantwortlich ist für die Produktion von Lactose, dem Hauptzucker in der Muttermilch und eine unerlässliche Energiequelle für den wachsenden Säugling, wird nur in der späten Schwangerschaftsphase und während der Stillzeit von seinem spezifischen Gen exprimiert und damit erzeugt - und das auch nur in den Zellen der Brustdrüse - in anderen Zelltypen ist die Produktion des Proteins, überflüssig.
Ihr seht also, dass die Genaktivität - wie viel Protein ein jeweiliges Gen herstellt, also hochgradig reguliert wird. Prinzipiell kann an jeder Stelle vom Gen bis zum funktionsfähigen Protein - d.h. an jeder Stelle der Proteinbiosynthese, die wir uns letztes Video genauer betrachtet haben, die Genaktivität reguliert werden. So kann die Genexpression bereits vor der Transkription reguliert werden durch sogenannte epigenetische Regulationsmechanismen wie z.B. die DNA-Methylierung und Histon-Acetylierung, vor und während der Transkription durch Transkriptionsfaktoren, posttranskriptional, aber noch vor der Translation durch das alternative Spleißen (RNA-Prozessierung), aber auch während und nach der Translation kann darüber entschieden werden, ob das exprimierte Gen in Form eines aktiven Proteins vorliegt, oder notfalls das Protein noch durch das Proteasom abgebaut wird. Jeder dieser Schritte ist energieaufwändig. Sollte eine Zelle ein Protein nicht benötigen, z.B., weil es schon in ausreichender Menge in der Zelle vorhanden ist, ist es natürlich effektiv, bereits während oder vor der Transkription dessen Aktivität zu regulieren und die Expression ggf. zu stoppen.
Mehr zur Genregulation bei Eukaryoten, Genregulation bei Prokaryoten, der Stammbaumanalyse sowie molekulargenetischen Verfahren in diesem Video.
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