Informationsspeicher

Geht es um das Erbgut, die Gene, die DNA, die Erbinformation, das Genom, zu beglückt uns eine reichhaltige Vielzahl von verschiedenen Begriffen deren genaue Bedeutung oft einigermaßen unklar bleibt.


…lesen Sie dies und mehr in: Prinzipien des Lebens


Zusammenhang und Bedeutung dieser Begriffe sollen im Folgenden ein wenig geklärt werden, dabei sollen zudem die Funktionsweise der Genetik umrissen und einige grundlegende Zusammenhänge offen gelegt werden.

Das Genom ist eine komplexe Substanz. Sie besteht aus einer ganzen Hierarchie von ineinander greifenden Konstrukten.
Ganz zuunterst, auf der Ebene der Atome ist das Erbgut eine organische Substanz. Dies bedeutet, sie besteht im wesentlichen aus Molekülen mit einer Grundstruktur aus verknüpften Kohlenstoffatomen, die durch zusätzliche Stickstoff- und Sauerstoffatome ergänzt werden. Alle freien Bindungen sind, wie in der organischen Chemie üblich, durch Wasserstoffatome abgesättigt.

Diese Elemente bilden im wesentlichen vier für die Genetik maßgebliche Moleküle, die sogenannten Nukleinsäuren. Der Name rührt daher, dass die Erbinformation im Zellkern (Lat. Nucleus) vornehmlich zu finden ist. Diese vier Nukleinsäuren, mit Namen Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin sind die wesentlichen Bestandteile bei der Speicherung der genetischen Erbinformation, man kürzt sie zur einfacheren Notation oft mit ihren Anfangsbuchstaben A, G, T und C ab. Bei den Nukleinsäuren handelt es sich um mittelgroße Moleküle mit einem (T, C) bzw. zwei (A, G) heterogenen Kohlenstoffringen.

Erst in den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts konnte man analysieren, wie die Gene aufgebaut sind. Es stellte sich heraus, dass die Gene in einem komplexen Molekül gespeichert sind, das bei allen Lebewesen denselben grundsätzlichen Aufbau aufweist. An zwei Trägerstrukturen sind jeweils komplementäre Moleküle gebunden, die die Information eindeutig codieren. Der Aufbau ähnelt im Ganzen einer Strickleiter, wobei die Informationsspeichernden Einheiten an der Stelle der Trittseile angeordnet sind. Die berühmte Doppelhelix entsteht, indem die Strickleiter in sich verdreht angeordnet ist. Das gesamte Molekül ist durch viele in die Struktur eingelagerte Wassermoleküle stabilisiert.

Die Information selbst ist in der Anordnung von nur vier verschiedenen Molekülen codiert: Adenin, Guanin, Tymin und Cytosin, häufig abgekürzt mit ihren Anfangsbuchstaben A, G, T, C. Je drei dieser Moleküle bilden eine Informationseinheit, also z.B. AGC, TAC oder auch GGA. Die Kombinatorik lehrt uns, dass so x verschiedene Kombinationen möglich sind.

Diese feste räumliche Struktur ist wesentlicher Bestandteil ihrer Funktionalität. Wie in der organischen Chemie üblich spielt also der räumliche Aufbau der Moleküle eine zentrale Rolle für ihre chemische Wirkungsweise. Mit Hilfe weiterer Moleküle, u.a. dem Zucker Ribose, bzw. Desoxyribose sowie stabilisierenden Wassermolekülen werden aus den Nukleinsäuren Gene gebildet.

Die genannten typischen Atome der organischen Chemie bauen…


…lesen Sie dies und mehr in: Prinzipien des Lebens