DNA, RNA und Proteinbiosynthese
1. DNA – Aufbau und Eigenschaften
Struktur:
Die DNA ist eine Doppelhelix, bestehend aus zwei antiparallelen Strängen. Jeder Strang besteht aus einer Kette von Nukleotiden.
Nukleotide: Bausteine der DNA, bestehen aus:
einer Desoxyribose (Zucker),
einer Phosphatgruppe,
einer der vier Basen: Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G), Cytosin (C).
Basenpaarung: A-T und G-C durch Wasserstoffbrückenbindungen.
Antiparallelität:
Die Stränge verlaufen in entgegengesetzten Richtungen (5' → 3' und 3' → 5').
Unterschied DNA vs. RNA:
DNA: Doppelsträngig, enthält Desoxyribose und Thymin.
RNA: Einzelsträngig, enthält Ribose und Uracil (anstatt Thymin).
2. Replikation der DNA
Definition:
Bei der DNA-Replikation wird eine identische Kopie der DNA hergestellt, um sie vor der Zellteilung weiterzugeben. Dieser Prozess ist semikonservativ: Jeder neue DNA-Strang besteht aus einem alten und einem neuen Strang.
Phasen der Replikation:
Initiation:
Die Helikase entwindet die DNA-Doppelhelix und trennt die Stränge an der Replikationsgabel.
Primase synthetisiert kurze RNA-Primer als Startpunkte für die Synthese.
Topoisomerase verhindert Überdrehungen der DNA.
Elongation:
Die DNA-Polymerase III verlängert die neuen DNA-Stränge:
Leitstrang (Leading Strand): kontinuierliche Synthese in 5' → 3'-Richtung.
Folgestrang (Lagging Strand): diskontinuierliche Synthese in Form von Okazaki-Fragmenten.
RNA-Primer werden durch DNA-Polymerase I entfernt, und Lücken werden aufgefüllt.
Ligase verknüpft die Okazaki-Fragmente.
Termination:
Der Prozess endet, wenn zwei identische DNA-Moleküle entstehen.
Bei eukaryotischen Zellen schützen Telomere die Enden der DNA.
3. Proteinbiosynthese
Die Proteinbiosynthese ist der Prozess, bei dem die genetische Information der DNA über RNA in Proteine übersetzt wird. Sie besteht aus zwei Hauptschritten: Transkription und Translation.
3.1 Transkription
Definition:
Die DNA wird in eine Messenger-RNA (mRNA) umgeschrieben.
Phasen der Transkription:
Initiation:
Die RNA-Polymerase bindet an den Promotor (z. B. TATA-Box) und öffnet die DNA-Doppelhelix.
Elongation:
Die RNA-Polymerase synthetisiert die mRNA in 5' → 3'-Richtung, wobei sie die Basen der DNA abliest (A → U, T → A, G ↔ C).
Termination:
Am Terminator-Stopp-Punkt wird die mRNA freigesetzt. Bei Eukaryoten entsteht zunächst eine prä-mRNA.
Prozessierung der prä-mRNA (nur bei Eukaryoten):
Capping: Hinzufügen einer Kappe am 5'-Ende (Schutz und Regulation).
Polyadenylierung: Hinzufügen eines Poly-A-Schwanzes am 3'-Ende.
Splicing: Entfernung von Introns (nicht codierende Abschnitte) und Verknüpfung der Exons (codierende Abschnitte).
Ergebnis: Fertige mRNA für die Translation.
3.2 Translation
Definition:
Die mRNA wird an den Ribosomen in eine Aminosäurekette (Polypeptid) übersetzt.
Ablauf:
Initiation:
Die kleine ribosomale Untereinheit bindet an das 5'-Ende der mRNA und wandert zum Startcodon AUG.
Die passende tRNA bringt Methionin (Met) und bindet über das Anticodon. Die große ribosomale Untereinheit bildet den Initiationskomplex.
Elongation:
tRNA-Moleküle binden an die mRNA-Codons an der A-Stelle.
Peptidbindungen zwischen Aminosäuren werden gebildet, die Kette wächst.
Das Ribosom bewegt sich ein Codon weiter (tRNA von A- zu P- und dann zur E-Stelle).
Termination:
Erreicht das Ribosom ein Stopcodon (UAA, UAG, UGA), bindet ein Freisetzungsfaktor.
Die Polypeptidkette wird freigesetzt, das Ribosom zerfällt.
Codesonne:
Jedes Codon (Basentriplett) codiert für eine Aminosäure.
Startcodon: AUG (Methionin), Stopcodons: UAA, UAG, UGA.
4. Ergebnis
Die Proteinbiosynthese führt zur Bildung von Proteinen, die als Enzyme, Strukturproteine oder Transportproteine eine Vielzahl biologischer
2. Gesundheit und Krankheit
Definitionen
Gesundheit:
Laut WHO ist Gesundheit „ein Zustand des vollständigen körperlichen, geistigen und sozialen Wohlbefindens und nicht nur das Fehlen von Krankheit oder Gebrechen“.
Krankheit:
Eine Störung der normalen physischen oder psychischen Funktionen, die die Leistungsfähigkeit und das Wohlbefinden negativ beeinflusst.
Unterschied zwischen Gesundheit und Krankheit
Es gibt fließende Übergänge, z. B. bei chronischen Krankheiten, Behinderungen oder psychischen Belastungen.
Beispiele für Gesundheitszustände oder Krankheiten:
Krankheiten: Allergien, Depressionen, Nikotinsucht, Karies, Übergewicht.
Umstritten: Stress oder leichte Akne gelten oft nicht direkt als Krankheiten.
Behinderung
Eine dauerhafte Funktionsstörung, die die Teilhabe am gesellschaftlichen Leben erheblich einschränkt.
Unterscheidung zwischen angeborenen und erworbenen Behinderungen.
Gesundheitssystem in Österreich
Universeller Zugang:
Alle Bürger, von Arbeitnehmern bis zu Studierenden, sind durch Pflichtversicherungen abgedeckt.
Gesundheitsleistungen sind oft kostengünstig oder gratis.
Solidaritätsprinzip:
Beiträge sind einkommensabhängig, aber die Leistungen für alle gleich.
Leistungen der Krankenversicherung:
Prävention (z. B. Vorsorgeuntersuchungen).
Behandlung (z. B. Medikamente, Arztbesuche).
Mutterschaft (z. B. Wochengeld).
Private Krankenversicherung:
Zusatzleistungen wie Wahlärzte, Einbettzimmer, Zahnarztkosten.
Gesundheitsziele in Österreich
Ziele:
Verbesserung der Lebensqualität und Erhöhung der gesunden Lebensjahre.
Eindämmung steigender Gesundheitskosten.
Maßnahmen:
Förderung gesunder Lebensweisen, z. B. durch Bewegungsprogramme oder Präventionskampagnen.
3. Antibiotikaresistenzen
Entstehung von Resistenzen
Natürliche Resistenz:
Manche Bakterien sind von Natur aus unempfindlich gegenüber bestimmten Antibiotika.
Erworbene Resistenz:
Entsteht durch Mutationen oder den Erwerb resistenter Gene über horizontalen Gentransfer (z. B. über Plasmide).
Mechanismen der Resistenz
Veränderte Zielstrukturen:
Antibiotika können nicht mehr an ihren Zielort binden.
Inaktivierung von Antibiotika:
Enzyme wie Beta-Laktamasen zerstören Antibiotika.
Efflux-Pumpen:
Bakterien pumpen Antibiotika aktiv aus der Zelle.
Verstärkte Schutzmechanismen:
Veränderungen der Zellmembran verhindern das Eindringen von Antibiotika.
Herausforderungen durch Resistenzen
Multiresistente Erreger wie MRSA oder ESBL stellen ein wachsendes Problem dar.
Übermäßiger Einsatz von Antibiotika in der Medizin und Landwirtschaft beschleunigt die Entwicklung von Resistenzen.
4. Infektionskrankheiten
Allgemeines
Infektionskrankheiten sind durch Krankheitserreger ausgelöste, ansteckende Krankheiten.
Sie unterscheiden sich von normalen Infektionen durch die Manifestation von Symptomen.
Krankheitserreger
Bakterien:
Beispiele: Cholera, Salmonellen, Tuberkulose.
Viren:
Beispiele: Grippe, Hepatitis, HIV, COVID-19.
Pilze:
Beispiele: Hefepilze, Schimmelpilze.
Parasiten:
Beispiele: Malaria (Protozoen), Würmer.
Prionen:
Beispiele: Creutzfeldt-Jakob-Krankheit, BSE.
Phasen einer Infektionskrankheit
Infektion:
Eindringen des Erregers in den Körper.
Inkubationszeit:
Zeit zwischen Infektion und Auftreten erster Symptome.
Krankheit:
Symptome entwickeln sich.
Therapie oder Gesundung:
Der Körper heilt, oft unterstützt durch Medikamente.
Infektionswege
Tröpfcheninfektion: Übertragung durch Husten, Niesen, Sprechen.
Schmierinfektion: Übertragung über kontaminierte Gegenstände oder direkten Kontakt.
Lebensmittelinfektion: Über verunreinigte Nahrung (z. B. rohe Eier, verschmutztes Wasser).
Direkte Blutinfektion: Über Spritzen oder Parasiten (z. B. Zecken).
Schutzmaßnahmen
Persönliche Hygiene: Händewaschen, Schutzmasken.
Öffentliche Hygiene: Kontrolle von Wasser- und Lebensmittelqualität.
Impfungen: Prävention gegen spezifische Erreger.
Stärkung des Immunsystems: Gesunde Ernährung, Bewegung.
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