Gene: Aufbau, Funktion und Bedeutung verstehen

Die DNA enthält die Basen A, T, G und C. Ihre Reihenfolge, die Basenfolge, trägt die Erbinformation. Ein Gen ist ein bestimmter Abschnitt der DNA mit der Information für ein Genprodukt. Ein DNA-Molekül enthält viele Gene und dazwischen weitere Bereiche. Bei Tieren, Pflanzen und Pilzen liegt der größte Teil der DNA im Zellkern, mit Proteinen zu Chromosomen verpackt. Auf einem Chromosom liegen viele Gene. Etwas DNA gibt es außerdem in den Mitochondrien, bei Pflanzen auch in den Chloroplasten. Der feste Platz eines Gens auf einem Chromosom heißt Genort.

Wird ein Gen genutzt, spricht man von Genexpression. Ihr Ergebnis heißt Genprodukt; meist ist das ein Protein. Proteine erledigen in der Zelle viele Aufgaben: Sie bauen Zellen mit auf, wirken als Enzyme im Stoffwechsel, und manche sind Hormone. Der Weg vom Gen zum Protein hat zwei Schritte. Zuerst stellt die Zelle im Zellkern eine Arbeitskopie der Basenfolge des Gens her. Nach dieser Kopie baut die Zelle außerhalb des Zellkerns das Protein zusammen: Gen → Arbeitskopie → Protein. Fachleute nennen die beiden Schritte Transkription und Translation; genauer lernst du sie auf der Seite „Proteinbiosynthese“. Manche Gene liefern statt eines Proteins ein anderes Genprodukt. Wichtig: Das Gen wird nicht selbst zum Protein. Es bleibt erhalten und dient immer wieder als Vorlage.

Fast jede Körperzelle enthält dasselbe Erbgut und damit dieselben Gene. Trotzdem nutzt eine Zelle nur einen Teil davon, denn sie braucht nicht jedes Genprodukt; die übrigen Gene bleiben abgeschaltet. Ein Beispiel: Auch Hautzellen besitzen das Gen für das Hormon Insulin, aber nur bestimmte Zellen der Bauchspeicheldrüse lesen es ab und bilden Insulin. Diese Steuerung heißt Genregulation. Sie legt fest, wann und wie stark ein Gen abgelesen wird. Dafür ist der Aufbau eines Gens wichtig: Zu ihm gehören der Abschnitt mit der Information für das Genprodukt und Steuerbereiche der DNA, einer davon meist direkt davor. Binden dort bestimmte Proteine, wird das Gen ein- oder ausgeschaltet oder stärker oder schwächer abgelesen. Wie das im Einzelnen abläuft, zeigt die Seite „Genregulation“ für die Oberstufe.

Ein Allel ist eine Variante eines Gens mit einer etwas anderen Basenfolge. Genotyp bedeutet die genetische Ausstattung, zum Beispiel die Allelkombination für ein Merkmal. Phänotyp heißt die beobachtbare Ausprägung eines Merkmals. Sie hängt von den Genprodukten ab, aber auch von anderen Genen, von der Genregulation und von der Umwelt.

Eine Genmutation verändert die Basenfolge eines Gens. Sie kann spontan beim Kopieren der DNA oder durch äußere Einflüsse wie UV-Strahlung entstehen und ein neues Allel hervorbringen. Trifft sie einen wichtigen Abschnitt, kann sich das Genprodukt verändern. Das hängt vom betroffenen Abschnitt und davon ab, wie die Zelle die Information nutzt. Die mögliche Folge lautet: Mutation → veränderte Basenfolge → möglicherweise verändertes Genprodukt → mögliche Merkmalsfolge.

Auch Rekombination erzeugt Vielfalt. Bei der Bildung von Keimzellen werden vorhandene elterliche Erbanlagen neu kombiniert. Anders als eine Mutation muss Rekombination keine neue DNA-Variante erzeugen; sie stellt vorhandene Allele neu zusammen.