2009/08/20

Grundbegriffe der Biologie I


Wissenschaftliche Erkenntnisse beeinflussen die Sprache der Wissenschaftler, so daß eine Fachsprache entsteht. Manche Menschen gewinnen dadurch, den Eindruck, daß Wissenschaftler nicht verstanden werden wollten oder daß Wissenschaft sehr kompliziert wären. Aber beide Eindrücke sind falsch und deren Gegenteil ist richtig. Gerade die Fachsprache ermöglicht, daß sich Wissenschaftler weltweit präzise über ihr Gebiet verständigen können. Gerade dadurch, daß sich wissenschaftliche Fachsprachen weit von den Umgangssprachen entfernt haben, sind sie weltweit einheitlicher und trotzdem durch die Wissenschaftler der gesamten Welt gleichermaßen leicht erlernbar. Sie machen die Wissenschaften auch nicht komplizierter, sondern sorgen dafür, daß man sich Wissenschaften auf die gleiche Weise erschließen kann wie eine fremde Sprache. Der Rest ergiebt sich dann weitgehend von alleine. Durch die Fachsprachen sind die Wissenschaften, egal welchen Gebietes, sogar eher leichter erlernbar als eine natürliche Fremdsprache.

Die elementarsten Grundbegriffe der Astronomie wurden hier bereits vorgestellt. Nun sollen einige Begriffe folgen, die es erleichtern, Themen wie zum Beispiel die Diskussion um die Gentechnik zu verstehen.
  • Gen: Das Wort Gen ist die Wortwurzel solcher Wörter wie Genese, generieren, Genesis. Es soll bedeuten, daß das Gen dazu dient, etwas zu erschaffen. Das Gen enthält nur Information, die als Bauplan dient. Das Gen läßt sich mit einer Computerdatei vergleichen, die ebenfalls nur Informationen enthält, trotzdem selbst nur virtuëll existiert, also sichtbar aber nicht greifbar ist.
  • Phän: Eine Eigenschaft eines Lebewesens. Das Wort Phän ist die Wortwurzel solcher Wörter wie Phänomen, womit Philosophen den wahrnehmbaren Teil der Wirklichkeit bezeichnen. Phäne sind all die Teile eines Lebewesens, die nicht nur virtuëll existieren, vom einzelnen Proteïn bis hin zu einer bestimmten Verhaltensweise beim Kontakt zu anderen Lebewesen. Phäne grenzt man so voneinander ab, daß jedes Phän durch ein Gen bestimmt wird. Die Hypothese „ein Gen - ein Phän“ hat sich jedoch schon vor vielen Jahren als falsch herausgestellt. Nichts anderes will der Biologe damit ausdrücken, wann immer er von Pleiotropie spricht oder Gene als pleiotrop bezeichnet. Das bedeutet, daß jedes Gen einen Einfluß auf mehrere Phäne haben kann, aber nicht muß, und daß umgekehrt auch jedes Phän durch mehrere Gene bestimmt werden kann, aber nicht muß. Die genauen Abhängigkeiten zwischen jedem Gen und jedem Phän zu erforschen dürfte noch einige Jahrhunderte in Anspruch nehmen. Dennoch ist nicht zu erwarten, daß die Genetik dann komplett verstanden würde, denn Wissenschaft wirft ständig nur neue Fragen auf.
  • Allel: Ein Allel ist sozusagen der Inhalt einer Datei, die in der Biologie als Gen bezeichnet wird. Am besten läßt sich das anhand eines Beispieles erklären. Computerbetriebssysteme spielen gerne direkt nach dem Hochfahren eine Audiodatei ab, damit der Benutzer weiß, daß der Computer endlich einsatzbereit ist. Diese Audiodatei läßt sich durch Audiodateien mit einem anderen Inhalt ersetzen. Während ein Benutzer die Audiodatei so beläßt, wie sie mit dem Betriebssystem ausgeliefert wurde, kann ein anderer die gleiche Datei durch ein Musikstück ersetzen. Ein dritter Benutzer wählt für sein Betriebssystem vielleicht eine lustige Anrufbeantworterbandansage, die man vorgefertigt kaufen kann. In der Biologie entspricht die beim Systemstart abgespielte Audiodatei einem Gen. Die Anrufbeantworterbandansage, das Musikstück und das original enthaltene Gepiepse entsprechen drei Allelen des Genes. Eine Audiodatei, die an einer anderen Stelle gespeichert ist, zum Beispiel eine in einer Musiksammlung oder die, die beim herunterfahren des Betriebssystems abgespielt wird, entspricht einem anderem Gen. Für das andere Gen kann es wieder mehrere Allele geben. Eine Videodatei entspräche wieder einem anderem Gen. Auch dafür kann es mehrere Allele geben. So wie die Anzahl aller möglichen Audiodateien oder die Anzahl aller möglichen Videodateien nicht gleich ist, abgesehen davon, daß manche Benutzer nur freie Dateien verwenden und andere Lizenzen erwerben, ist auch die Anzahl der Allele unterschiedlicher Gene nicht gleich. Je wichtiger ein Gen dafür ist, daß der gesamte Organismus funktioniert, desto weniger Allele kann man für das Gen erwarten, weil zu hohe Abweichungen zum Tod des Organismus führen werden.
  • Genom: Genom bezeichnet die Gesamtheit aller Gene in einem Organismus. Dabei ist -om einfach nur eine Endung, mit der angezeigt werden soll, daß von der Gesamtheit die Rede ist. In ähnlicher Weise kann man die Gesamtheit der Proteïne in einem Organismus als Proteom bezeichnen.
  • Zucker: Zucker sind eine chemische Stoffklasse, die für Lebewesen nicht nur als Energielieferant wichtig ist. Als Zucker bezeichnet der Chemiker einen mehrwertigen Alkohol, der zu einem Ringmolekül geschlossen ist. Mehrwertig bedeutet, daß ein einzelnes Molekül mehrere Alkoholreste trägt. Dabei reicht ein Unterschied in der räumlichen Orientierung eines Alkoholrestes aus, um zwei Zuckerarten in ihren Eigenschaften voneinander zu unterscheiden, weswegen sie dann auch unterschiedliche Namen haben. Zucker werden durch die Endung -ose als Zucker kenntlich gemacht. Dabei wird nicht unterschieden, ob es sich um Monosaccharide (Zucker aus nur einem Ringmolekül), Disaccharide (aus zwei Monosacchariden zusammengesetztes Zuckermolekül, das dann deswegen zwei Ringe enthält) oder Polysaccharide (aus vielen Monosacchariden zusammengesetzte Molküle) handelt. Wegen der Möglichkeit, muß zwischen -wertig und -fach unterschieden werden. So sind Glucose und Fructose beide sechswertige Einfachzucker. Sie unterscheiden sich nur dadurch, daß Glucose ein sechseckiges Ringmolekül bildet, während Fructose ein fünfeckiges Ringmolekül mit einem überstehendem Ende bildet.
  • Ribose: Ribose ist ein fünfwertiger Einfachzucker. Er besteht aus einem fünfeckigem Ringmolekül. Das hat die Ribose mit der Ribulose gemeinsam, die in der Photosynthese eine Rolle spielt, während die Ribose als Ausgangsstoff (Fachwort der Chemiker: Edukt) für die Synthese der Ribonukleïnsäure dient. Sowohl die Ribose als auch die Ribulose werden biochemisch mit Phosphatresten verestert, bevor sie weitere Synthesen durchlaufen. Die beiden Zuckerarten sind sich also sehr ähnlich, dürfen aber trotzdem nicht miteinander verwechselt werden.
  • Desoxyribose: Diese Zuckerart entsteht, sobald einem Ribosemolekül biochemisch an einer bestimmten Stelle ein Sauerstoffatom entzogen wird.
  • Chromatin: Das Chromatin hat seinen Namen vom griechischen Wort für Farbe. Der Name ist historisch bedingt. Biologen stellten eines Tages fest, daß sie den Zellkern jeder tierischen oder pflanzlichen oder pilzlichen Zelle zum größten Teil bläulich anfärben konnten. Es war jedoch lange ein Rätsel, um welchen chemischen Stoff es sich handelte, der den Zellkern zum größten Teil bildet. Darum wurde er einfach als Chromatin bezeichnet. Von diesem Wort leitete sich dann das Wort Chromosom ab.
  • Chromosom: Eine im Mikroskop während einer Zellteilung beobachtbare einzelne Einheit des Chromatins. Während einer Zellteilung wird das Chromatin aufgeteilt und auf die beiden entstehenden Tochterzellen verteilt. In den Tochterzellen kondensiert das Chromatin wieder zu je einem Zellkern. Anhand tierischer Zellen, die während der Zellteilung getötet, chemisch fixiert und mit den unterschiedlichsten Farbstoffen eingefärbt wurden, konnte man viele Beobachtungen an den Chromosomen machen, die man lange Zeit nicht verstanden hat. Die gleiche Beobachtungsmethode wird heute noch eingesetzt, aber nach und nach automatisiert, um vor Schwangerschaftsberatungen auffällige Erbkrankheiten festzustellen. Es gibt jedoch auch viele Erbkrankheiten, die nur durch aufwendigere Untersuchungen festgestellt werden können.
  • Nukleïnsäure: Nicht eine, sondern zwei, chemische Stoffgruppen, die Teil des Chromatins und für dessen früher entdeckte Anfärbbarkeit verantwortlich sind. Nukleïnsäuren sind Derivate (solche gibt es nämlich auch in der Chemie und der Biochemie) des Purins oder des Pyrimidins, bei denen es sich bei beiden um Kohlenstoff-Stickstoff-Ringmoleküle handelt. Die Nukleïnsäuren haben ihren Namen daher, daß sie in Zellkernen entdeckt wurden und chemisch sauer reagieren. Trotzdem werden sie seitens vieler Biologen auch kurz als Basen bezeichnet, was eigentlich das Gegenteil aussagt. Der Farbstoff, mit dessen Hilfe das Chromatin entdeckt wurde, reagierte basisch, daher ist der Name irgendwie hängengeblieben. Ob ein Farbstoff basisch oder sauer reagiert, sagt nichts darüber aus, ob sich damit Säuren oder Laugen anfärben lassen.
  • Desoxyribonukleïnsäure: Ein Riesenmolekül, daß sich aus Desoxyriboseresten, Phosphatresten und Nukleïnsäuregruppen zusammensetzt. Desoxyribonukleïnsäure ist der chemische Stoff, aus dem das Chromatin, und damit der gesamte Zellkern, wirklich zum größten Teil besteht. Desoxyribonukleïnsäure hat einige interessante chemische und physikalische Eigenschaften. Chemisch ist es sehr stabil und kann ohne Konservierung Jahrtausende überdauern. Erst seit wenigen Jahren ist bekannt, daß Desoxyribonukleïnsäure ein elektrischer Halbleiter ist. Schon in physikalischer Hinsicht dürfte die Desoxyribonukleïnsäure noch einige überraschende Entdeckungen für uns bereithalten, aber darüber hinaus ist sie auch noch die Trägersubstanz der Gene. So wie Gene in der Computertechnik Dateien entsprechen, entspricht die Desoxyribonukleïnsäure eines Zellkernes der Festplatte eines Computers. Die einzelnen Nukleïnsäurereste innerhalb des riesigen Desoxyribonukleïnsäuremoleküls entsprechen den Elementarmagneten der magnetischen Schicht einer Festplatte. Desoxyribonukleïnsäure läßt sich als DNS abkürzen, aber seitdem die gleiche Abkürzung für „Domain Name Server/System“ verwendet wird, hat auch für die Desoxyribonukleïnsäure die angelsächsische Bezeichnung um sich gegriffen. Das führt dazu, daß sie von immer mehr Leuten in den Mund genommen wird, die sie überhauptnicht verstehen und auch nicht wissen, wofür sie steht. Daher ist es immer am besten auf Abkürzungen zu verzichten, so daß die Idee, sich dahinter zu verstecken, garnicht erst aufkommen kann.
  • Ribonukleïnsäure: Nicht nur aus der Desoxyribose, sondern auch aus der Ribose lassen sich komplexe Makromoleküle bilden. Die Ribonukleïnsäure ist aus Riboseresten, Phosphatresten und Nukleïnsäuregruppen zusammengesetzt. Ribonukleïnsäuremoleküle erfüllen in der Zelle drei wichtige Aufgaben. Sie dient als Transportribonukleïnsäure, wobei sie andere Nukleïnsäuren in der Form von Nukleotiden durch die Zelle transportiert. Sie dient als ribosomale Ribonukleïnsäure, wobei sie Bestandteil der Ribosomen ist. Sie dient schließlich noch als Botenribonukleïnsäure, wobei sie die Informationen, die auf der Desoxyribonukleïnsäure gespeichert sind, ablesen und bis zur Ausführung durch die Ribosomen zwischenspeichern. Wenn man die Desoxyribonukleïnsäure mit einer Festplatte und die Gene mit den Dateien darauf vergleicht, dann entspricht die Botenribonukleïnsäure dem Arbeitsspeicher.
  • Nukleosid: Eine Zwischenstufe der Synthese den Ribonukleïnsäuren und der Desoxyribonukleïnsäure aus den Nukleïnsäuren. Bei einem Nukleosid handelt es sich um einen Ester aus einer Nukleïnsäure und einem Ribosemolekül oder einem Desoxyribosemolekül.
  • Nukleotid: Eine Zwischenstufe der Synthese der Ribonukleïnsäuren und der Desoxyribonukleïnsäure. Bei einem Nukleotid handelt es sich um ein Nukleosid, auf das ein Phosphatrest übertragen wurde. Die Übertragung von Phosphatresten dient in der Biochemie zur Aktivierung, das heißt zur Übertragung der für weitere Syntheseschritte notwendigen Aktivierungsenergie. Zu dem Zweck werden sogar mehrere Phosphatreste aneinandergehängt.
  • Ribosom: Ein Zellorganell, daß zur Synthese der Proteïne dient. An einem Ribosom wird eine Botenribonukleïnsäure abgelesen und Aminosäuren in der durch das überbrachte Allel vorgegebenen Reihenfolge zu einem Proteïn zusammengesetzt.
  • Enzym: Bei den meisten der Proteïne handelt es sich um Enzyme. Enzyme sind Proteïne, die als Katalysatoren dienen. Ein großer Teil der Enzyme sind Kinasen, das sind Enzyem, die Phosphatgruppen übertragen. Aber auch alle anderen biochemischen Vorgänge werden durch Enzyme katalysiert. Ohne Enzyme wäre auch die Synthese der Nukleïnsäuren und ihrer Derivate unmöglich. Dadurch ist es ein Rätsel, welche Biomoleküle in der Evolution zuërst entstanden sind. Ganz anders als beim vermeintlichen Problem mit dem Huhn und dem Ei, bei dem das Ei eindeutig zuërst da war, da schon Reptilien, Amphibien, Fische, Insekten, Spinnen und so weiter und so fort aus Eiern geschlüpft sind.
  • Isozym: Manche Enzyme kommen in mehreren Varianten vor. Ist in einer Zelle eines Organismus eine Variante und in einer anderen Zelle des selben Organismus eine andere Variante des gleichen Enzymes aktiv, dann heißen diese Varianten Isozyme. Isozyme werden durch verschiedene Gene oder durch seitens anderer Gene vorgegebenen Modifikationen eines Genes codiert, jedoch nicht durch unterschiedliche Allele eines Genes. Innerhalb eines Organismus kann es höchstens zwei Allele für ein Gen geben, wobei dann eines von väterlicher und das andere von mütterlicher Seite vererbt wurde. Allele eines Genes finden sich in den unterschiedlichen Exemplaren einer Art, aber innerhalb eines Exemplares enthält das Genom in jeder Zelle die selben Informationen.
  • Allozym: Allozyme sind Varianten eines Enzymes, die durch unterschiedliche Allele entstehen. Sie unterscheiden sich also in den unterschiedlichen Exemplaren einer Art, aber nicht in den Zellen des selben Exemplares.
  • Laminin: Proteïn, aus dem die Hülle eines Zellkernes aufgebaut ist. Die Laminine sorgen für die Aufhängung der Desoxyribonukleïnsäure und der Enzyme, die die Desoxyribonukleïnsäure ablesen. Der genaue Aufhängemechanismus, der zugleich Bewegungen erlauben muß, für Stabilität sorgen muß und nicht viel Platz wegnehmen darf, ist noch weitgehend unverstanden.
  • Histon: Die Histone sind eine weitere Klasse Proteïne, die für die Unterbringung der Desoxyribonukleïnsäure im Zellkern wichtig sind. Histone haben die Form von Klorollen und wie die dafür sorgen, daß Klopapier ordentlich aufgerollt verkauft werden kann, sorgen die Histone dafür, daß die Desoxyribonukleïnsäure platzsparend im Zellkern untergebracht ist, indem sie dort Ordnung hineinbringen. Obwohl sich die Histone noch mit in den Zellkern hineinquetschen müssen, braucht der aufgrund der Histone dennoch weniger Platz als ohne sie. Ohne die Histone wäre ein Zellkern für die meisten Zellen viel zu groß.
  • Imprint: Man hat entdeckt, daß bei manchen Genen nur das durch die Mutter und bei anderen Genen nur das durch den Vater vererbte Allel verwendet wird. Es hat sich zwar herausfinden lassen, daß für das unterschiedliche Verhalten der beiden Allele Methylierungen verantwortlich sind, aber in manchen Lehrbüchern steht, daß die Methylierung direkt an den Nukleïnsäuregruppen der Desoxyribonukleïnsäure erfolgt, während in anderen ebenso aktuëllen Lehrbüchern steht, daß die Methylierung an den Histonen erfolgt. Aber auf jeden Fall wird das Methylierungsmuster als Imprint bezeichnet. Solche Imprinte lassen sich bisher noch nicht mit einer automatisierbaren Methode feststellen. Deswegen läßt sich bis heute noch nichtmal die in einem Genom enthaltene Information entschlüsseln, geschweige denn gezielt beeinflussen.

Keine Kommentare:

Kommentar veröffentlichen