DNA

Das Buch des Lebens

 

Desoxyribonukleinsäure (DNS), engl: deoxyribonucleic acid (DNA)
Preisgekröntes Konstrukt eines Stararchitekten oder zweckmäßig organisiertes Makromolekül eines Evolutionären Prozesses?
Unabhängig Ihres persönlichen Vorstellungsvermögens misst die DNS im auseinandergezogenen Zustand circa 2,80 m und ist eingebettet im Zellkern der Zelle, welcher in der Regel einen Durchmesser von 40 bis 100 nm aufzuweisen hat (1 Nanometer = 1 Milliardstel Meter). Unglaublich aber wahr!

Und wenn Sie dann auch noch erfahren, wie im Makromolekül der Superlative die genetische Erbinformation codiert ist und beispielsweise nur ein kleiner Abschnitt der DNA (Gen) die Ursache für eine folgenreiche Erbkrankheit sein kann, dann haben Sie Ihr Wissen aufgefrischt oder sind erneut zum Staunen verleitet worden.

 

Was ist DNA?

Im Jahre 1953 entwickelte der amerikanische Biochemiker James D. Watson in Zusammenarbeit mit seinem englischen Kollegen Francis H.C. Crick das Doppelhelix-Modell der Desoxyribonukleinsäuren und es dauerte weitere fünfzig Jahre bis die Entschlüsselung der Gesamtheit des menschlichen Erbgutes (Genom) weltweit gefeiert werden konnte.

Das menschliche Genom, welches aus schätzungsweise drei Millionen Basenpaaren und circa 30.000 Genen besteht, gilt seitdem ALS vollständig entschlüsselt.
Die Funktionen der meisten Gene sind jedoch immer noch unbekannt und bieten Wissenschaft und Forschung auch für das kommende Jahrzehnt ein spannendes Betätigungsfeld.
In ihrer Sekundärstruktur liegt die DNA als Doppelhelix vor, das heißt,
am Aufbau eines DNA-Moleküls sind zwei Polynucleotidstränge beteiligt, welche umeinander gedreht sind.
Nach außen weisen jeweils Phosphatrest und Desoxyribose und im Inneren sind die beiden Ketten durch Wasserstoffbrücken zwischen der Purinbase des einen Stranges mit der Purinbase des neuen Kettenmoleküls verknüpft.
Unter dem Genom versteht man die Gesamtheit der Erbinformation einer Zelle.
Ein Gen ist ein Abschnitt der DNA, welches die Information eines bestimmten Merkmals der Zelle verschlüsselt.

 

Funktionen & Aufgaben

Die DNA enthält den vollständigen Bauplan des menschlichen Genoms

Die DNA ist Subjekt eines raffinierten Prozesses, welchen man als
identische Replikation bezeichnet und dient dazu, die Erhaltung der vollständigen Erbinformation zu sichern.

Er beginnt vor der Zellteilung mit der Verdoppelung der DNA.
Nach der Entspiralisierung des DNA- Knäuels lösen sich die einander komplementären Stränge langsam, schrittweise- wie beim Öffnen eines Reißverschlusses – und werden durch jeweils einen neuen komplementären Strang ersetzt.

Vom Gen zum Protein

Proteine sind elementare Bausteine des Lebens und sind der Grundstoff für den Aufbau von Körperzellen, Enzymen und Hormonen.
Ein Gen ist der Bereich der Desoxyribonukleinsäure (DNA), welcher die Informationen verschlüsselt, welche für die Synthese einer spezifischen Ribonukleinsäure (RNA) notwendig ist. Es ist damit für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich.
Aminosäuren werden gebraucht, um Struktureiweiße oder aber auch Enzyme und Hormone für den menschlichen Körper zu synthetisieren.
Sie steuern die individuelle Ausprägung von Merkmalen des Menschen.

Da es 20 verschiedenen Aminosäuren gibt, die am Aufbau körpereigener Proteine beteiligt sind, müssen mindestens 20 Codierungseinheiten existieren, um diese Aminosäuren in der DNS zu verschlüsseln.

Jeder dieser Codone besteht aus einer Kombination von 3 Nucleotiden und wird als Triplett-Code bezeichnet. Dieser Code ist geeignet, 20 Aminosäuren zu verschlüsseln, denn es stehen 4 hoch 3, insgesamt 64 Codierungseinheiten zur Verfügung.
Die Eiweißfabriken liegen außerhalb des Zellkerns
Im Zellkern liegen die gut gewickelt und gefalteten DNS-Fäden mit einer Riesenauswahl an Genen, welche einfach nicht durch die engen Kanäle der Zellkernwand passen würden.
Wie gelangen die Baupläne der Proteine zu den Orten ihrer Synthese?
Zum GlüCK gibt es eine einsträngige Variante an Nucleinsäuren, die RNA (Ribonukleinsäure), welcher das Passieren der winzigen Öffnungen des Zellkerns keine Probleme bereitet.

Es werden folgende Formen von RNA unterschieden:

 

  • mRNA (messenger-RNA) – Botschaft von der Eiweißsynthese zum Ribosom
  • tRNA (transfer-RNA) – Transport der proteinogenen Aminosäuren
  • rRNA (ribosomale-RNA) – Aufbau der Ribosomen
    Durch die geniale Kooperation dieser einsträngigen Ribonucleinsäuren ist schließlich aus der Erbinformation eines Gens ein Protein entstanden.

 

Anatomie & Aufbau

Die DNA ist ein Makromolekül, welches in seiner Primärstruktur durch die Abfolge von Grundbausteinen (Nucleotide) gebildet wird.
Am Aufbau dieser Nucleotide, die wie lückenlos aneinandergereihte Perlen einer Halskette erscheinen, sind drei stoffliche Komponenten beteiligt – Desoxyribose, Phosphorsäure, Pyrimidin- bzw. Purinbasen.
Aufgrund der vier verschiedenen Basen (Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin) können vier unterschiedliche Nucleotide zusammengesetzt werden.
Die einzelnen Nucleotide sind miteinander verknüpft, so dass es zur Bildung von Polynucleotidketten kommt, die sich ähnlich einer verdrillten Strickleiter im DNA- Molekül gegenüberliegen.
Wie ist es möglich, dass die Erbinformation trotz Zellteilung komplett weitergegeben werden kann?
Die Verknüpfung der Basen der beiden Nucleotidstränge folgt einer Bindungsregel:

 

  • A (Adenin)-T (Thymin)
  • G (Guanin)-C (Cytosin)

Daher, dass sich in der Doppelhelix immer nur A und T, beziehungsweise G und C im Inneren miteinander verbinden, bestimmt ein Polynucleotidstrang die Anordnung der Nucleotide des gegenüber liegenden Stranges.

 

Wenn nun die Erbinformation weitergegeben werden muss, ist jede DNA-Kette geeignet als Matrize für die sich neu andockende DNA-Kombination zu dienen.
Jede MoleküLHälfte hat für die Synthese eines exakt komplementären Gegenstücks gesorgt.
Damit hat sich die Natur ein raffiniertes System ausgedacht, um die Erhaltung der vollständigen Erbinformation zu sichern.

 

Krankheiten, Beschwerden und Störungen

Sehr geringe Unterschiede begründen manchmal sehr große Verschiedenheiten.

Bezieht man den Inhalt dieses Zitates von Marie Freifrau von Ebner-Eschenbach auf die Entstehung von Erbkrankheiten lässt sich durchaus folgendes Gleichnis finden:
Erbkrankheiten beruhen in der Regel auf minimalen Veränderungen der genetischen Erbinformation und können weitgefächerte Krankheitsbilder und Symptome bewirken.

Solche geringfügige Abweichungen vom Prototyp bezeichnet man als Mutationen, die in sehr unterschiedlichen Formen in Erscheinungen treten können:
Veränderungen der Anzahl der Chromosomen im Vergleich zum natürlichen Chromosomenbestand (Genommutationen) – Beispiel: Down-Syndrom Trisomie
Strukturveränderungen an Chromosomen, die über die Grenze eines einzelnen Gens hinausgehen (Chromosomenmutationen) – Beispiel: WOLF-Syndrom
Veränderungen an Genen (Genmutationen) – Beispiel: Albinismus
Eine Erbkrankheit ist nicht immer Folge einer zufälligen Fügung des Schicksals, sondern kann in nicht unerheblichem Maße durch Verhaltensregeln und Lebensweise begünstigt, im Idealfall sogar vermieden werden.
Als multifaktorielle Erkrankungen bezeichnet man Erbkrankheiten, die nicht allein durch Mutationen des Erbmaterials entstehen.
Sie treten erst dann in Erscheinung, wenn über einen längeren Zeitraum ungünstige Umweltfaktoren auf den Organismus gewirkt haben.
Oft stellen sie sich erst im Lauf des Lebens ein, denn durchschnittlich ist eines von 100 Kindern von einer derartigen Erkrankung betroffen.

Gut zu wissen ist auch die Tatsache, dass bei multifaktoriellen Erkrankungen nicht nur ein einziges Gen mutiert ist, sondern dass sich Veränderungen in vielen verschiedenen Genen zu einer Wirkung summiert haben.

Das bedeutet, man kann durchaus eine Disposition für eine bestimmte Erkrankung besitzen, muss jedoch nicht unweigerlich daran erkranken.
Persönlicher Lebensstil (Ernährungsweise, Vermeidung von UV-Strahlung und giftigen Chemikalien, Rauchstopp, gemäßigter Alkoholkonsum) und eine gesunde Lebensführung entscheiden letztendlich über unseren Gesundheitsstatus.

Auch Viren und Bakterien, welche körpereigene DNA substituieren, beziehungsweise toxische Stoffe injizieren, können Auslöser einer derartigen Erkrankung sein.
Beispiel: Diabetes mellitus
Monogene Erkrankungen
Monogene Erkrankungen beruhen auf der Mutation eines Gens, welche mit einem unverwechselbaren Vererbungsmuster von Generation zu Generation weitergegeben wird.
Warum sind manche Familienmitglieder gesund und bleiben zeitlebens von dieser Erkrankung verschont?
Am Beispiel des „Viktorianischen Leidens“, der sogenannten Bluterkrankheit (Hämophilie A) soll diesem besonderen Phänomen nachgegangen werden:
Königin Victoria von England (1819-1901) gilt als Ur-Mutter dieser verhängnisvollen Erkrankung. Ihr Erbgut enthielt eine Anlage, die an drei ihrer neun Kinder weiter vererbt wurde.
Durch die Prinzessinnen Alice und Beatrice und deren Nachkommen wurde der Erbfaktor in die Herrscherhäuser Hessens, Preußens, Russlands und Spaniens getragen.

Die lückenlos aufgezeichneten Stammbäume des europäischen Königshauses lieferten den Wissenschaftlern eine gute Basis dafür, die Krankheit und den damals irritierenden ungewöhnlich erscheinenden Erbgang zu identifizieren.

Als auffällig galt, dass ausschließlich männliche Nachkommen von der Bluterkrankheit betroffen waren.

Prominentestes Opfer war Zarensohn Alexej (1904 bis 1918), dessen lebensbedrohlichen Blutungen bei nichtigen Anlässen in der Öffentlichkeit besorgniserregende Aufmerksamkeit erhielten.
Frauen dagegen waren nie betroffen. Auch die Söhne von Bluterkranken waren völlig gesund.

Nichtdestotrotz, so konnte man der Ahnentafel der europäischen Dynastie entnehmen, ereilte die Bluterkrankheit auch die Enkelgeneration, die sich ausnahmslos aus männlichen Nachkommen rekrutierte.

Heute wissen wir, dass die Bluterkrankheit (Hämophilie) über einen X-gonosomal-rezessiven Erbgang an die Nachkommen weitergegeben wird.

 

Überwiegend Männer erkranken an dem Erbleiden

Frauen sind gesund und sind Überträgerinnen

Frauen erkranken nur dann, wenn der Vater Krank und die Mutter Kondukterin ist

Was für eine Besonderheit besitzt der Erbgang der Bluterkrankheit?
Das geschädigte Gen befindet sich auf einem Geschlechtschromosom (gonosomaler Erbgang)

Beide von je einem Elternteil geerbten Gene müssen betroffen sein, damit die Krankheit ausbricht (rezessiver Erbgang).
Um das Prinzip dieses Vererbungsmusters zu verstehen, muss bekannt sein, was Gechlechtschromosomen sind:
Vererbung über Geschlechtschromosomen
Wie bereits bekannt, besitzt ein gesunder Mensch in seinen Körperzellen einen Chromosomensatz von 46 Chromosomen, wobei es sich um einen doppelten Chromosomensatz handelt, denn jedes Chromosom hat einen identischen Partner.

Zwei dieser Chromosomen bezeichnet man jedoch als Geschlechtschromosomen, weil in diesen die primären und sekundären Geschlechtsmerkmale verschlüsselt sind.
Bei weiblichen Individuen sind auch diese homolog, aber bei männlichen Individuen sind dieselben verschieden:

 

  • weiblicher Chromosomensatz: 44xx
  • männlicher Chromosomensatz: 44xy

Diese Besonderheit spiegelt sich auch im Chromosomensatz der menschlichen Keimzellen wieder, welcher sich bei Mann und Frau unterscheidet:

 

  • Chromosomensatz der Samenzellen: 22x oder 22y
  • Chromosomensatz der Eizellen: 22xx

Diese geschlechtsspezifischen Unterschiede des menschlichen Genoms sind auch verantwortlich dafür, dass von manchen Erbkrankheiten bevorzugt Männer betroffen sind.
Weitere mögliche Erbgänge

 

  • Autosomal-dominanter Erbgang – Vererbung über Chromosomen 1-22
  • Autosomal-rezessiver Erbgang – Vererbung über Chromosomen 1-22
  • X-chromosomal-dominanter Erbgang (Gonosomal) Vererbung ü.Geschlechtschromosomen
  • X-chromosomal-rezessiver Erbgang (Gonosomal) Vererbung ü.Geschlechtschromosomen
  • Y-chromosomaler Erbgang (Gonosomal)

 

Typische & häufige Erkrankungen

X-chromosomal-rezessiver Erbgang (Gonosomal) Vererbung ü.Geschlechtschromosomen

  • Zystische Fibrose (Mukoviszidose,Pankreasfibrose)
  • Bluterkrankheiten (Hämophilien A und B)
  • Erbliche Brust- und Eierstockkrebs
  • Erbliche Dickdarmkrebs
  • Swyer-Sydrom (Hermaphroditismus)
  • Favismus (Bohnenkrautkrankheit)
  • Rotgrünblindheit

X-chromosomal-dominanter Erbgang (Gonosomal) Vererbung ü.Geschlechtschromosomen

Autosomal-dominante Erbgänge:

Autosomal-rezessive Erbgänge:

  • Sichelzellenanämie
  • Albinismus
  • Mukoviszidose
  • Kretinismus
  • Phenylketonurie
  • Ahornsirupkrankheit

Multifaktorelle Erbkrankheiten

Erbkrankheiten, welche auf Mutationen der Chromosomenzahl oder deren Struktur beruhen, bezeichnet man als Chromosomenaberrationen.

Die genetische Beratung

Die genetische Beratung ist ein Angebot für Ratsuchende, ein eventuell bestehendes genetisches Risiko zu erkennen oder auszuschließen. Im Vordergrund von Beratung und Diagnostik stehen die genetische Familienberatung und das individuelle persönliche Gespräch.

Eine Beratungssituation ist dann gegeben, wenn Eltern die begründete Befürchtung haben, dass ein weiterer Kinderwunsch durch eine genetische Vorbelastung gefährdet ist.
Sie wünschen eine professionelle Beratung, weil sie selbst völlig gesund sind, aber eines ihrer bereits geborenen Kinder unter einer Erbkrankheit leidet.

Bei der individuellen genetischen Beratung liegt der Focus vor allem auf der Früherkennung maligner Erkrankungen (Tumorerkrankungen).
Im genannten Fall könnte dies bei einem Betroffenen dazu führen, dass die zeitnahe Identifizierung genetischer Risikofaktoren Ansätze einer gut geplanten Therapie eröffnen.

Die Inanspruchnahme der genetischen Beratung ist eine Leistung der Krankenkassen und beweist, dass Sie bereit sind Verantwortung über sich selbst, ein Familienmitglied oder über die Planung einer Schwangerschaft zu übernehmen!

 

Typische Fragen&Antworten

Was ist eigentlich der genetische Fingerabdruck?

Mit einer Wahrscheinlichkeit von 1:30 Milliarden ist es unmöglich, dass zwei Menschen einen identischen Fingerabdruck haben. Jeder Mensch besitzt sein eigenes unverwechselbares DNA-Profil. Bei polizeilichen Ermittlungen werden mehr als acht DNA-Abschnitte (Marker) getestet, bei Vaterschaftsgutachten sind 22 Marker empfohlener Standard.
Was versteht man unter einem autosomal-dominanten Erbgang?

Das geschädigten Gen befindet sich ausschließlich in den homologen Chromosomen 1-22, ist also nicht in den Geschlechtschromosomen zu finden. Diese Mutante folgt einem dominanten Erbgang und wird im Verhältnis 1:50 an die Kinder weitergegeben. Frauen wie Männer sind gleich betroffen.
Beispiel: Polydaktylie (Vielfingerigkeit)
Was versteht man unter Hämophilie A und B und wie häufig kommen diese Erkrankungen in Deutschland vor?

Die Weltgesundheitsorganisation postuliert, dass es weltweit etwa 400.000 Menschen gibt, bei denen Hämophilie A diagnostiziert wurde. Von allen Hämophilie- Betroffenen leiden 85% unter Hämophilie A (Fehlen des Gerinnungsfaktors VIII) und 15% unter Hämophilie B (Fehlen des Gerinnungsfaktors IX).
In Deutschland leben zur Zeit etwa 10.000 Patienten mit dieser Diagnose.

Bitte empfehlt diese Seite oder verlinkt uns:

Bitte bewerten Sie den Artikel

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (56 Stimmen, Durchschnitt: 4,57 von 5)
Loading...
Top