Genomische DNA
Bevor die Schritte besprochen werden, die eine Zelle zur Replikation unternehmen muss, ist ein tieferes Verständnis der Struktur und Funktion der genetischen Information einer Zelle erforderlich. Die DNA einer Zelle, verpackt als doppelsträngiges DNA-Molekül, wird als Genom bezeichnet. Bei Prokaryoten besteht das Genom aus einem einzelnen doppelsträngigen DNA-Molekül in Form einer Schleife oder eines Kreises (Abbildung 1). Die Region in der Zelle, die dieses genetische Material enthält, wird als Nukleoid bezeichnet., Einige Prokaryoten haben auch kleinere DNA-Schleifen, sogenannte Plasmide, die für normales Wachstum nicht wesentlich sind. Bakterien können diese Plasmide mit anderen Bakterien austauschen und erhalten manchmal nützliche neue Gene, die der Empfänger zu seiner chromosomalen DNA hinzufügen kann. Antibiotikaresistenz ist ein Merkmal, das sich häufig durch einen Plasmidaustausch durch eine Bakterienkolonie ausbreitet.
Abbildung 1. Prokaryoten, einschließlich Bakterien und Archaeen, haben ein einzelnes, kreisförmiges Chromosom, das sich in einer zentralen Region befindet, die als Nukleoid bezeichnet wird.,
Abbildung 2. Es gibt 23 Paare von homologen Chromosomen in einer weiblichen menschlichen somatischen Zelle. Die kondensierten Chromosomen werden innerhalb des Kerns (oben) betrachtet, in Mitose aus einer Zelle entfernt und auf einem Objektträger (rechts) ausgebreitet und künstlich nach Länge (links) angeordnet; Eine solche Anordnung wird als Karyotyp bezeichnet. In diesem Bild wurden die Chromosomen zur Differenzierung der verschiedenen Chromosomen fluoreszierenden Flecken ausgesetzt., Eine Färbemethode namens „Chromosomenmalerei“ verwendet fluoreszierende Farbstoffe, die Chromosomen in verschiedenen Farben hervorheben. (credit: National Human Genome Project / NIH)
In Eukaryoten besteht das Genom aus mehreren doppelsträngigen linearen DNA-Molekülen (Abbildung 2). Jede Art von Eukaryoten hat eine charakteristische Anzahl von Chromosomen in den Kernen ihrer Zellen. Menschliche Körperzellen haben 46 Chromosomen, während menschliche Gameten (Spermien oder Eier) jeweils 23 Chromosomen haben. Eine typische Körperzelle oder somatische Zelle enthält zwei übereinstimmende Chromosomensätze, eine Konfiguration, die als diploid bekannt ist., Der Buchstabe n wird verwendet, um einen einzelnen Chromosomensatz darzustellen; Daher wird ein diploider Organismus als 2n bezeichnet. Menschliche Zellen, die einen Chromosomensatz enthalten, werden Gameten oder Geschlechtszellen genannt; Dies sind Eier und Spermien und werden als 1n oder haploid bezeichnet.
Übereinstimmende Chromosomenpaare in einem diploiden Organismus werden als homologe („same knowledge“) Chromosomen bezeichnet. Homologe Chromosomen sind gleich lang und haben spezifische Nukleotidsegmente, die Gene an genau derselben Stelle oder an demselben Ort genannt werden., Gene, die funktionellen Einheiten von Chromosomen, bestimmen spezifische Eigenschaften, indem sie für bestimmte Proteine kodieren. Merkmale sind die Variationen dieser Eigenschaften. Zum Beispiel ist Haarfarbe ein Merkmal mit Merkmalen, die blond, braun oder schwarz sind.
Jede Kopie eines homologen Chromosomenpaares stammt von einem anderen Elternteil; Daher sind die Gene selbst nicht identisch. Die Variation von Individuen innerhalb einer Spezies ist auf die spezifische Kombination der Gene zurückzuführen, die von beiden Elternteilen geerbt wurden., Selbst eine leicht veränderte Sequenz von Nukleotiden innerhalb eines Gens kann zu einem alternativen Merkmal führen. Zum Beispiel gibt es drei mögliche Gensequenzen auf dem menschlichen Chromosom, die für die Blutgruppe kodieren: Sequenz A, Sequenz B und Sequenz O. Da alle diploiden menschlichen Zellen zwei Kopien des Chromosoms haben, das die Blutgruppe bestimmt, wird die Blutgruppe (das Merkmal) bestimmt, durch die zwei Versionen des Markergens vererbt werden., Es ist möglich, zwei Kopien derselben Gensequenz auf beiden homologen Chromosomen mit jeweils einer (z. B. AA, BB oder OO) oder zwei verschiedenen Sequenzen wie AB zu haben.
Geringfügige Variationen von Merkmalen, wie Blutgruppe, Augenfarbe und Händigkeit, tragen zu der natürlichen Variation bei, die innerhalb einer Spezies gefunden wird. Wenn jedoch die gesamte DNA-Sequenz von einem beliebigen Paar menschlicher homologe Chromosomen verglichen wird, beträgt der Unterschied weniger als ein Prozent., Die Geschlechtschromosomen X und Y sind die einzige Ausnahme von der Regel der homologen Chromosomengleichmäßigkeit: Abgesehen von einer geringen Menge an Homologie, die zur genauen Produktion von Gameten erforderlich ist, unterscheiden sich die Gene auf den X-und Y-Chromosomen.
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