Proteine sind molekulare Maschinen, die unglaublich komplizierte Tätigkeiten ausführen können. Sie sind die Motoren des Lebens; die DNA ist die Matrize, die für die Herstellung dieser Maschinen sorgt.
Die DNA höherer Zellen besteht aus zwei umeinander gewundenen Molekülsträngen — der »Doppelhelix« —, die eng verpackt im Chromatin liegen; diese komplizierte Struktur bildet im Kern jeder Zelle die Chromosomen. Mit wenigen Ausnahmen — vor allem roten Blutzellen und einigen spezialisierten Immunzellen — ist die DNA in allen Körperzellen vollständig und genau gleich. Dieses menschliche Genom — die Gesamtheit aller genetischen Anweisungen — besteht nach Schätzungen der Fachleute aus rund dreißig- bis vierzigtausend Genen. Ein Gen ist ein erbliches Merkmal; es wurde oft als DNA-Abschnitt definiert, der die Anweisung für den Aufbau eines Proteins enthält. Diese Anweisung kann in einen Strang RNA (Ribonucleinsäure) umgeschrieben oder transkribiert werden; an den Ribosomen wird die RNA mit den aus der DNA stammenden Instruktionen dann in die »Sprache« der Proteine übersetzt oder translatiert. (Manche Gene erfüllen auch andere Funktionen wie die Produktion der RNABestandteile von Ribosomen.) Den Gesamtprozess der Ausprägung eines oder mehrerer Gene bezeichnet man als Expression.
Nach Ansicht vieler Wissenschaftler war die RNA das erste Molekül, das die Information für das Leben trug, und die DNA übernahm diese Funktion erst später.
Die meisten Körperzellen eines Menschen tragen zwar die gleiche DNA, aber im Laufe von Wachstum und Entwicklung wird diese in verschiedenen Zellen unterschiedlich exprimiert. Auf diese Weise werden aus gleichartigen Embryonalzellen unterschiedliche Gewebe.
Nach der Transkription der RNA an der DNA werden aus der RNA die Introns herausgeschnitten, Molekülabschnitte, die keine Information für Proteine tragen. Die verbleibenden Abschnitte, Exons genannt, werden zusammengefügt und codieren nun das Protein. Die Exons eines gerade transkribierten RNAMoleküls können auf unterschiedliche Weise zusammengefügt werden, sodass unterschiedliche Proteine entstehen. Ein einziges Gen kann also zu verschiedenen Zeitpunkten unterschiedliche Produkte liefern.
Bakterien sind winzige, einzellige Lebewesen. Ihre DNA liegt nicht in einem Zellkern, sondern verteilt sich weiter über die Zelle. Ihr Genom enthält keine Introns; es besteht ausschließlich aus Exons, und das macht sie zu sehr wendigen kleinen Geschöpfen.
Manchmal verhalten Bakterien sich wie soziale Lebewesen: Einige Typen können sowohl kooperieren als auch konkurrieren, um Ressourcen in ihrer Umgebung zu finden und zu nutzen. In freier Wildbahn finden Bakterien sich häufig zu »Städten« zusammen, die man als Biofilme bezeichnet; allgemein bekannt sind Biofilme als schleimige Masse auf verdorbenem Gemüse, das man zu lange im Kühlschrank gelassen hat. Ebenso findet man Biofilme im Darm, in den Harnwegen und auf den Zähnen, wo sie manchmal Probleme verursachen. Spezialisierte Bakteriengesellschaften schützen unsere Haut, unseren Mund und andere Körperstellen.
Bakterien sind äußerst wichtig. Manche Arten verursachen zwar Krankheiten, aber viele andere sind für uns lebensnotwendig.
Nach Ansicht vieler Biologen sind Bakterien die ursprünglichsten Lebensformen; eukaryotische Zellen wie unsere eigenen stammen danach von uralten Bakterienkolonien ab. So betrachtet, sind wir vielleicht nur »Raumschiffe« für Bakterien.
Bakterien können untereinander kleine DNARinge austauschen, die man Plasmide nennt. Plasmide ergänzen das Genom der Bakterien und ermöglichen es ihnen, sich schnell auf Antibiotika und andere Bedrohungen einzustellen. Die Plasmide bilden eine allgemein zugängliche Bibliothek, die viele verschiedene Bakterienarten nutzen können, um besser zu überleben.
Bakterien und fast alle anderen Lebewesen werden ständig von Viren angegriffen. Viren sind sehr kleine, meist von einer speziellen Hülle umgebene DNA- oder RNAStücke, die sich allein nicht vermehren können. Um neue Viren hervorzubringen, bedienen sie sich der Fortpflanzungsmechanismen einer Zelle. Viren, die Bakterien befallen, nennt man Bakteriophagen (wörtlich »Bakterienfresser«) oder kurz Phagen. Viele Phagen transportieren auch genetisches Material von einer Wirtszelle zur anderen; das Gleiche tun auch manche Viren bei Tieren und Pflanzen.
Möglicherweise stammen die Viren ursprünglich von zelleigenen DNAAbschnitten ab, die sich sowohl innerhalb der Chromosomen als auch zwischen ihnen bewegen konnten. Im Grunde sind Viren vagabundierende Segmente genetischen Materials, die gelernt haben, »den Raumanzug anzulegen« und die Zelle zu verlassen.
Kurzes Glossar biologischer Fachbegriffe
Aminosäure Baustein der Proteine. In den meisten Lebewesen kommen nur zwanzig Aminosäuren vor.
Antikörper Molekül, das sich an ein Antigen heftet, es inaktiviert und andere Abwehrmechanismen gegen den Eindringling in Gang setzt.
Antibiotika Große Gruppe von Wirkstoffen, die Bakterien abtöten und von vielen verschiedenen Lebewesen produziert werden. Auf Viren wirken Antibiotika nicht.
Antigen Körperfremde Substanz oder Teil eines fremden Lebewesens; löst im Rahmen der Immunantwort die Bildung von Antikörpern aus.
Bakterien Prokaryoten; winzige lebende Zellen, deren genetisches Material nicht in einen Zellkern eingeschlossen ist. Bakterien erfüllen in der Natur viele wichtige Aufgaben und bilden die unterste Stufe aller Nahrungsketten.
Bakteriophage Siehe Phage.
Bacteriocine Wirkstoffe, die von Bakterien produziert werden und andere Bakterien abtöten können.
Chromosom Gebilde aus eng verpackter, spiralisierter DNA. Diploide Zellen, beispielsweise die Körperzellen des Menschen, enthalten zwei Sätze von je 23 Chromosomen. Keimzellen dagegen — also Samen- und Eizellen — besitzen jeweils nur einen einzelnen Chromosomensatz.
CroMagnon Frühe Form des Jetztmenschen Homo sapiens sapiens, benannt nach einem Fundort in Frankreich. Homo bezeichnet die Gattung, sapiens die biologische Art und sapiens die Unterart.
DNA Desoxyribonucleinsäure, das berühmte Doppelhelixmolekül; codiert die Proteine und andere Elemente, die in ihrer Gesamtheit den Phänotyp, das heißt das äußere Erscheinungsbild eines Lebewesens, bilden.
Emergenz, emergente Eigenschaften Das Phänomen, dass sich in einem komplexen System aus vielen Komponenten neue Eigenschaften ausbilden, die nicht durch die Eigenschaften der Einzelkomponenten erklärbar sind.
ERV oder endogenes Retrovirus Ein Virus, das sein genetisches Material in die DNA einer Wirtszelle eingebaut hat. Dieses integrierte Provirus ruht eine Zeit lang. ERVs sind wahrscheinlich sehr alt, und da es sich um Bruchstücke handelt, können sie keine infektiösen Viren mehr bilden.
Exon DNAAbschnitt, der Protein oder RNA codiert.
Gamete Geschlechtszelle — Ei- oder Samenzelle —, die sich mit einer Gamete des anderen Geschlechts zur Zygote verbinden kann.