Genetik

Genetik – Ein Überblick

Warum sehen Kinder ihren Eltern ähnlich? Warum haben Geschwister manchmal unterschiedliche Augenfarben oder Blutgruppen? Die Genetik liefert Antworten auf diese Fragen und noch viele mehr. Sie beschäftigt sich mit der Vererbung von Merkmalen sowie mit der Frage, warum Nachkommen sich ähneln oder unterscheiden. Das Wissen über Gene ist heute wichtiger denn je – in der Medizin, Landwirtschaft und Forschung.

In diesem Text erhältst du einen Überblick über die Genetik, sodass du anschließend weißt, weshalb dieses Teilgebiet der Biologie so bedeutsam ist.

Genetik – Definition und Bereiche

Die Genetik erforscht zwei Hauptaspekte:

• Vererbung: wie Merkmale weitergegeben werden
• Variation: warum Nachkommen trotz Vererbung nicht identisch sind

Diese beiden Themen werden in verschiedenen Teilbereichen erforscht:

Die Gentechnik ist kein eigener Teilbereich der Genetik, sondern ein Anwendungsfeld, das auf den Erkenntnissen der Genetik aufbaut. Während die Genetik beschreibt, wie Vererbung natürlich funktioniert, greift die Gentechnik gezielt in Gene ein, um sie zu verändern oder neu zu kombinieren (z. B. um Pflanzen widerstandsfähiger zu machen.).

Die klassische Genetik – Mendels Entdeckungen

Die klassische Genetik beginnt mit dem Augustinermönch Gregor Mendel (1822–1884). Er führte Kreuzungsversuche mit Erbsenpflanzen durch und entdeckte dabei drei grundlegende Regeln der Vererbung, die bis heute gelten. Lass dich von den Fachbegriffen nicht entmutigen, die Erklärungen folgen weiter unten im Text. Nun zu den Regeln:

1. Mendelsche Regel – Uniformitätsregel: Kreuzt man zwei reinerbige (homozygote) Eltern mit unterschiedlichen Merkmalen, sind alle Nachkommen der ersten Generation (F₁) gleich (uniform).

2. Mendelsche Regel – Spaltungsregel: Kreuzt man die F₁-Generation untereinander, spalten sich die Merkmale in der zweiten Generation (F₂) in einem bestimmten Verhältnis auf (z. B. 3 : 1 bei dominanten Merkmalen).

3. Mendelsche Regel – Unabhängigkeitsregel: Verschiedene Merkmale werden in der Regel unabhängig voneinander vererbt, wenn die Gene auf unterschiedlichen Chromosomen liegen.

Kommen wir zu einigen zentralen Fachbegriffen der Genetik.

Zentrale Fachbegriffe

In der folgenden Tabelle findest du eine Übersicht der grundlegenden Begriffe, die dir in der klassischen Genetik immer wieder begegnen.

Das sind die Schreibweisen in der Genetik:

• Dominantes Allel: A
• Rezessives Allel: a
• homozygot dominant: AA
• homozygot rezessiv: aa
• heterozygot (Mischerbigkeit): Aa

Hier siehst du die Schreibweisen und einige Fachbegriffe anhand der 1. Mendelschen Regel. Es wurde mit phänotypisch grünen und gelben Erbsen experimentiert:

Molekulare Grundlagen der Vererbung

Die Genetik hat eine molekulare Basis, die mit der DNA (Desoxyribonukleinsäure) beginnt. Die Erbinformation steckt in der Reihenfolge der Bausteine (Basen A, T, G, C) der DNA. Es gilt folgender Zusammenhang:

DNA (Desoxyribonukleinsäure): Trägt die erbliche Information. Sie besteht aus langen Ketten von Nukleotiden.

Gen: Ein bestimmter Abschnitt der DNA, der die Information für ein Merkmal oder ein Protein enthält.

Chromosom: Struktur aus DNA, auf der viele Gene hintereinander angeordnet sind. Jeder Mensch besitzt 46 Chromosomen (23 Paare). Zusammen enthalten sie die gesamte Erbinformation.

Merkmal: Das sichtbare Ergebnis der Genexpression, z. B. Augenfarbe oder Blutgruppe.

Auf einem Chromosom liegen viele Gene, die unterschiedliche Merkmale steuern. Jede Körperzelle enthält denselben Chromosomensatz – so wird das Erbgut von einer Generation zur nächsten weitergegeben.

Genexpression

Gene liefern Baupläne für Proteine. Die Genexpression ist der Prozess, bei dem die in einem Gen gespeicherte genetische Information (DNA) in ein funktionelles Produkt wie ein Protein oder ein RNA-Molekül umgewandelt wird, was letztlich die Merkmale (Phänotyp wie z. B. Haarfarbe) eines Organismus bestimmt. Damit ein Gen seine Wirkung zeigt, muss die Information erst abgelesen und dann umgesetzt werden. Das passiert bei uns Menschen in zwei Schritten:

Transkription: Ein Genabschnitt wird in eine mRNA-Kopie umgeschrieben (DNA → mRNA).

Translation: Die mRNA wird an den Ribosomen in eine Aminosäurekette übersetzt – es entsteht ein Protein, das für das Merkmal verantwortlich ist (mRNA → Protein).

Mutation und Rekombination:

• Mutationen sind Veränderungen in der DNA (z. B. durch Fehler bei der Zellteilung). Sie können neue Allele schaffen, also neue Varianten eines Gens. Mutationen passieren spontan oder durch äußere Einflüsse.
• Rekombination bezeichnet die Neukombination elterlicher Erbanlagen bei der Bildung von Keimzellen (Eizellen und Spermien). Sie findet während der Meiose statt, wenn homologe Chromosomen, also zusammengehörige Chromosomen, Stücke austauschen (Crossing-over) oder zufällig verteilt werden. Dadurch entstehen neue Kombinationen von Allelen, also neue genetische Varianten.

Beide Prozesse sorgen für genetische Vielfalt, die Grundlage der Evolution.

Ausblick – Das lernst du nach Genetik

Aufbauend auf diesen Grundlagen kannst du dein Wissen vertiefen, indem du dich mit der Vererbung von Blutgruppen, Erbkrankheiten wie Mukoviszidose und weiteren Themen wie der Stammbaumanalyse auseinandersetzt.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Genetik