GMU:BioGlossar: Difference between revisions

==Biotechnologie
==

„Die Biotechnologie, eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts, ist in besonderem Maße interdisziplinär. Je nach Aufgabenstellung erfordert sie Wissen aus der allgemeinen Biologie, das Molekulargenetik und der Zellbiologie, der Humangenetik und der molekularen Medizin, der Virologie, Mikrobiologie und Biochemie, der Enzymtechnologie, der Bioverfahrenstechnik und der Kybernetik; dazu in immer stärkerem Maße auch umfangreiche Computerkenntnisse, vor allem für die Bioinformatik und die Systembiologie. 
Vor diesem Hintergrund nimmt es nicht wunder, dass es so gut wie keine kurz gefassten Lehrbücher gibt, die das gesamte Gebiet abdecken. Selbst vielbändige Monographien lassen meist wichtige Gebiete wie Tier- und Pflanzenzucht außer acht.„Die Biotechnologie ist eine anwendungsbezogene Wissenschaft - viele ihrer Aufgabenstellungen haben wirtschaftliche Motive.“<ref name="Schmidt">Schmid: „Taschenatlas der Biotechnologie und Gentechnik“; S. IX</ref>

==Gentechnik und Zellbiologie
==

„1973 gelang es Stanley Cohen und Fredeerick Boyer zum ersten Mal, ein fremdes Gen gezielt in einem Wirtsorganismus zu übertragen und dort zur Expression zu bringen. Von da ab dauerte es 10 Jahre, bis das erste gentechnisch erzeugte Medikament zugelassen wurde. Heute sind weit über 40 gentechnisch hergestellte Medikamente und Therapeutika zugelassen, {…} Hunderte befinden sich in der Entwicklung. Stand in den Anfangsjahren die medizinische Forschung im Mittelpunkt, so verfiel man bald darauf, die neuen gentechnischen Methoden auch auf landwirtschaftliche Fragestellungen anzuwenden. So züchtete man transgene Pflanzensorten, die Resistenz-Faktoren gegen Herbizide, oder Insektenfraß enthalten. Sie werden heute vor allem in Nordamerika in großem Stil angepflanzt. Auch die Erzeugung von Nutz-  und Zierpflanzen mit verbesserten nutritiven oder dekorativen Eigenschaften und die Holzwirtschaft profitieren von den neuen Methoden der Gentechnik. In der chemischen Industrie wächst die Zahl der Syntheseschritte mit Hilfe von Mikroorganismen oder Enzymen (Biokatalyse), seit diese gentechnisch an die industriellen Erfordernisse angepasst werden können. {…} sind mittlerweile die Genome von über 50 Mikroorganismen und zahlreichen höheren Organismen, darunter des Menschen) vollständig sequenziert. {…}

Das 1998 geborene Schaf ''Dolly'' war das erste künstlich aus den Körperzellen der Mutter klonierte und mit dieser genetisch identische Lebewesen. 
Die Stoßrichtung derartiger Forschungsrichtungen z.B. der Embryonenforschung, und die atemberaubende Schnelligkeit des Fortschritts hat eine intensive gesellschaftliche Diskussion in Gang gesetzt. {…}  Steht es uns an, Pflanzen und Tiere genetisch so zu verändern, dass ihre Produktivität an unsere wirtschaftlichen, ihre Toleranz an unsere Umweltbedingungen angepasst wird? Welche ökonomischen Umverteilungen ergeben sich aus der Beherrschung dieser Technologien zwischen Industrie- und Entwicklungsländern? Welche ökologischen Risiken lösen wir mit einem mutwilligen, vorrangig ökonomisch begründeten Eingriff in die biologische Diversität aus? Noch ist keine dieser Fragen verbindlich gelöst. {…}

Ein wesentlicher Teil der neuen pharmazeutischen Wirkstoffe wurde entweder unter Verwendung gentechnisch erzeugter Targets entwickelt oder ist selbst ein rekombinantes Protein. {…} Auch in der Tier- und Pflanzenzucht, Grundlage für die Produktion von Lebensmitteln, finden gentechnische Methoden eine immer stärkere Berücksichtigung. Das Marktvolumen gentechnischer Produkte und transgener Lebewesen liegt heute bereits etwa doppelt so hoch und wächst schneller als das der traditionell erzeugten Fermentationsprodukte, von den alkoholischen Getränken einmal abgesehen.“<ref>ebenda; S.4</ref>

==DNA Aufbau und Funktionsweise==

Die DNA ist das Material aus dem die Gene bestehen. Die Hauptaufgabe der Gene ist das Herstellen von Proteinen.

==Proteine==


Oswald T. Avery entdeckte 1944 die Nukleinsäure als Träger der Erbanlagen. Die DNA enthält die Bauanleitung für Proteine, diese wiederum sind für die Ausprägung von Merkmalen oder den Verlauf von Stoffwechselprozessen  verantwortlich. 
Die Grundbausteine aller Proteine bei Lebewesen sind 20 Aminosäuren. Deren Reihenfolge und die Kettenlänge definieren die Proteine, durch diesen Aufbau sind nahezu unendlich viele Variationen möglich. Man unterscheidet nach Primärstruktur - die Reihenfolge der Aminosäuren, Sekundärstruktur - wie ein Protein aufgerollt und gefaltet ist, und Tertiärstruktur- die räumliche Gestalt, die das Protein hat. Lebewesen haben individuelle, körpereigene Proteine, es gibt allerdings auch Proteine mit universellerem Charakter. Enzyme sind von ihrem Aufbau her hochmolekulare Proteine, die eine Andockstelle für ein Substrat besitzen. Ihre Namen enden auf -ase. Den Nichtproteinanteil bezeichnet man als Coenzym.

;Nukleinsäure :
Nukleinsäure besteht aus langen Ketten von Nukleotiden, diese bestehen wiederum aus: Einer Phosphatgruppe, einem C5-Zucker-Ring und einer von vier Stickstoffbasen. Die genetische Information ist durch die unterschiedliche Basenreihenfolge der aufeinanderfolgenden Nukleotide kodiert.

;DNA :
Die DNA (Dsoxyribonukleinsäure) ist aufgebaut aus dem Zucker Desoxyribose und den vier Basen Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T). Adenin und Thymin sowie Guanin und Cytosin sind komplementär: Sie bilden Wasserstoffbrücken aus und halten so die Doppelhelix zusammen.
Der Lebenszyklus einer Zelle gliedert sich in die Phase der Verdopplung des Erbmaterials mittels Semikonservativer Verdopplung und der Phase der Zellteilung, der Mitose.48
Die DNA hat eine lineare Abfolge, dabei bilden je drei Basen eine Informationseinheit. Diese Basentripplet bezeichnet man als Codon. Bei der Bildung von Aminosäuren ist je ein Codon für den Einbau einer Aminosäure in das Polypeptid verantwortlich. Dabei codieren nicht alle Codons Aminosäuren, einige fungieren auch als Start- bzw. Stopp-Codons bei der Synthese von Aminosäuren. Aus der Länge von drei Basen je Codon und den vier möglichen Basen ergeben sich so 34, also 64 Kombinationsmöglichkeiten <ref>Vergl. Kleesattel : „Gentechnik“; S.25</ref>. Es gibt als deutlich mehr Kombinationsmöglichkeiten als zu codierende Aminosäuren, man spricht von der Redundanz des genetischen Codes. Bei nahezu allen Lebewesen wird ein bestimmtes Codon in die gleichen Aminosäuren übersetzt. Der genetische Code ist universell. Dieses Fakt wird als Beleg für die gemeinsame Abstammung aller Lebewesen gesehen. Verschiedene Varianten eines Gens sind möglich, man spricht dann von Allelen.  

;Klone :
Klone sind durch asexuelle Vermehrung aus einer einzigen Zelle hervorgegangen. Sie sind genetisch identisch. Unterschiedliche Merkmale im Phänotyp beruhen auf Modifikationen durch Umwelteinflüsse, oder sind im Verlauf der Entwicklung durch somatische, nicht vererbbare, Mutationen entstanden.
Im menschlichen Körper gibt es rund 210 verschiedene Zelltypen.
Totipotente Zellen können sich zu jeder Art von Zelle
 entwickeln, pluripotente Zellen haben begrenzte Entwicklungsmöglichkeiten, können sich zu verschiedenen Zellen einer Sorte entwickeln, zum Beispiel einzelne Gewebe bilden.

;DNA (Desoxyribonukleinsäure): doppelsträngiges, spiralförmiges Nukleinsäure-Molekül, das sich replizieren kann und die ererbte Struktur der Proteine mitbestimmt. <ref>Evylin Fox Keller: „Das Jahrhundert des Gens“</ref>



;Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese
: heute aufgegebene Hypothese, wonach jedes Gen exakt ein Enzym codiert

. <ref>Evylin Fox Keller: „Das Jahrhundert des Gens“</ref>

;in vitro 
(lateinisch für im Glas) :bezeichnet Vorgänge, 
die außerhalb des lebenden Organismus stattfinden, im Gegensatz zu solchen, die in vivo ablaufen. Wenn Vorgänge dagegen in der Bioinformatik im Computer berechnet werden, bezeichnet man sie als in silico. <ref>[[wikipedia:In vitro]]</ref>

* Herbert, Frank: Dune 5. Heredics of Dune, New York (Berkley) 1986