Vererbung

Als Vererbung bezeichnet man in der Biologie die direkte Übertragung von Eigenschaften der Lebewesen auf ihre Nachkommen, soweit die Informationen zur Ausprägung dieser Eigenschaften stofflich gebunden sind und in dieser Form übertragen werden. Die Übertragung von Fähigkeiten und Kenntnissen durch Lehren und Lernen ist hiervon zu unterscheiden und wird nicht als Vererbung bezeichnet.

Die Wissenschaft, die sich mit der Art der stofflichen Informationsspeicherung und den Regeln ihrer Übertragung von Generation zu Generation befasst, ist die Genetik.

Die Ausprägung von Eigenschaften der Lebewesen beruht auf Informationen, die in der Sequenz von Bausteinen, den Nukleotiden, sehr langer Moleküle, der  Desoxyribonukleinsäuren (DNS bzw. DNA nach engl.: deoxyribonucleic acid), festgelegt sind. Die Sequenzen von Nukleotiden eines Abschnitts der DNA bestimmen die Sequenz der Bausteine, der Aminosäuren, eines Proteins und damit die Struktur und Funktion des Proteins. Ein solcher DNA-Abschnitt wird als Gen bezeichnet.

Die meisten Proteine sind Enzyme, das heisst, sie wirken bei chemischen Stoffumsetzungen als Katalisatoren. Einige Proteine (Regulatorproteine) steuern die Bildung oder die Funktion der Enzyme. Viele Eigenschaften der Lebewesen beruhen auf der Aktivität der Proteine. Die Vererbung von Eigenschaften besteht in der Übertragung der informativen DNA auf die Nachkommen. Die DNA ist das genetische Material, an das die vererbbaren Eigenschaften gebunden sind.

Bei einigen Viren werden die Erbinformationen in der Sequenz von Nukleotiden von Ribonukleinsäuren (RNS bzw. RNA nach engl.: ribonucleic acid) statt Desoxyribonukleinsäuren wie bei allen anderen Lebewesen gespeichert.

Die vererbbaren Informationen sind auf einem oder mehreren verschiedenen DNA-Molekülen enthalten. Die Gesamtheit dieser Informationen stellt die vollständige Erbinformation dar und wird als Genom bezeichnet.

Viele Eigenschaften der Lebewesen sind durch die Aktivität von Enzymen bestimmt. Sie sind das Ergebnis der Wechselwirkungen von Enzymen und Regulatorproteinen mit der Umwelt während der Entwicklung des Individuums. Ein wesentlicher Teil der Ausprägung dieser Eigenschaften ist also im Bauplan der Enzyme, in der DNA festgelegt. Die Gesamtheit der durch das Genom programmierten Eigenschaften bezeichnet man als den Genotyp, die Gesamtheit der ausgeprägten Eigenschaften bezeichnet man als Phänotyp. Die im Genom programmierten Enzyme bilden zusammen mit den Einflüssen der Umwelt den Phänotyp aus.

Die Verbindung zwischen dem Genotyp, der Umwelt und dem daraus resultierenden Phänotyp stellt die Reaktionsnorn dar. In Form der Regulationsmechanismen der genetischen Ausprägung stellt die Reaktionsnorm die Umsetzungsfunktion R zwischen Umwelt U und Phänotyp P dar: P = R(U).

Bei Einzellern, die sich meistens durch Zellteilung fortpflanzen und vermehren, wird die vererbbare Information in Form von DNA von der Mutterzelle auf die Tochterzellen übertragen. Dazu muss die DNA in mindestens zwei identischen Exemplaren vorliegen. Der Zellteilung geht deshalb eine Duplikation der DNA voraus, jede Tochterzelle erhält in der Regel mindestens ein vollständiges Genom, bestehend aus einem oder mehreren DNA-Molekülen. Bei Prokaryoten liegen die DNA-Moleküle frei im Cytoplasma.

Bei Eukaryoten sind die DNA-Moleküle zum grössten Teil in einem Zellkern Membransystem (mit Poren) vom Cytoplasma abgetrennt ist. Bei der Zellteilung werden im sich auflösenden Kern langgestreckte Körper mit komplizierter Struktur ausgebildet, die als Chromosomen bezeichnet werden und in denen die DNA enthalten ist. Verschiedene DNA-Moleküle sind in verschiedenen Chromosomen enthalten. Die meisten Lebewesen besitzen mehrere Chromosomen. Die Duplikation der DNA führt zu einer Duplikation der Chromosomen, so dass vor der Zellteilung von jeder Chromosomenart zwei Exemplare vorhanden sind und jeweils eins davon bei der Zellteilung in die beiden Tochterzellen integriert wird. Eukaryoten enthalten ausser dem Zellkern noch Organellen, nämlich Mitochondrien, und phototrophe Eukaryoten auch noch Plastiden, in denen DNA enthalten ist. Man bezeichnet zur Unterscheidung den im Kern enthaltenen Teil des Genoms als Kariom, den in Mitochondrien enthaltenen Teil als Mitochondriom und den in Plastiden enthaltenen Teil als Plastidom. Die DNA der Organellen wird dadurch auf die Tochterzellen übertragen, dass sich die Organellen wie Prokaryoten teilen und zu jeweils mindestens einem Exemplar auf die Tochterzellen verteilt werden.


Bei mehrzelligen Lebewesen werden schon bei der Entwicklung eines Individuums unter fortgesetzten Zellteilungen die Erbinformationen bei diesen Zellteilungen wie bei Einzellern von der Mutterzelle auf die Tochterzellen übertragen. Deshalb enthält jede Zelle des Lebewesens das vollständige Genom. Bei der Fortpflanzung durch Abspaltung einer Zelle oder eines mehrzelligen Entwicklungsstadiums (ungeschlechtliche Vermehrung) wird das Genom damit auf die neu gebildeten Individuen übertragen.



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