Genom
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Das Genom bezeichnet die Information (in Form der Basensequenz) der DNA eines Lebewesens, das heißt die Gesamtheit der Erbanlagen dieses Lebewesens. Dazu gehören auch die Teilgenome der Mitochondrien und Plastiden, nicht aber die Sequenz extrachromosomaler DNA-Moleküle wie zum Beispiel Plasmide). Bei manchen RNA-Viren wird auch die Gesamtheit der RNA- Moleküle als Genom bezeichnet.
Die allgemein benutzte Definition "Gesamtheit der Erbanlagen eines Lebewesens" greift wesentlich zu kurz, da zum Genom auch alle nicht codierenden (Heterochromatin, Introns, intergene Regionen) und alle strukturell wichtigen DNA-Abschnitte (Centromere und Telomere) zählen. Einmalig vorkommend zielt auf die Tatsache, dass alle sich sexuell fortpflanzenden Organismen je zwei weitgehend gleiche Chromosomen in einer Zelle besitzen (Ausnahmen: teilweise Geschlechtschromosomen und die haploiden Genom der Keimzellen), und beide Chromosomen - soweit sie sich unterscheiden - zum Genom einer Zelle beitragen. Man spricht daher auch von haploiden, diploiden (usw.) Genomen. Essentiell bedeutet, dass die DNA-Abschnitte lebensnotwendig unter normalen Lebensbedingungen sind, und im wesentlichen in allen Zellen dieser Art vorkommen. Manche extrachromosomale DNA-Moleküle (Plasmide) die z.B. Antibiotika-Resistenzgene tragen, zählen nicht zum Genom des Organismus in dem sie sich befinden. Epigenetische Informationen (Imprinting, DNA-Methylierung) werden nicht zum Genom gezählt (Epigenom).
Als das Genom eines mehrzelligen Organismus könnte man die Summe aller Genome seiner Einzelzellen definieren. Der Mensch hat nach dieser Definition zigtausende Genome, die sich aber nur sehr wenig voneinander unterscheiden (Genome der Keimzellen, die sich nach meiotischer Rekombination alle voneinader unterscheiden, Mutationen, die zwangsläufig in den einzelnen Zellen stattfinden, und DNA-Rearrangements, die im Zuge der Immunzellreifung stattfinden).
| Inhaltsverzeichnis |
Chemische Grundlagen und typische Genomgrößen
Die für die Vererbung von Eigenschaften erforderlichen und auf der Ebene der Zellen und der Individuen weitergegebenen Informationen sind in den Desoxyribonukleinsäuren (DNA, von englisch "desoxyribonucleic acids") enthalten, und zwar in Form von Sequenzen der DNA-Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. Die DNA-Moleküle können in Abschnitte mit kodierenden und nicht-kodierenden Sequenzen eingeteilt werden. Die kodierenden Abschnitte Gene enthalten die Erbinformationen für bestimmte Proteine. Daneben gibt es DNA-Abschnitte, die der Genregulation dienen. Pseudogene sind durch Mutationen funktionslos gewordene und vom Organismus nicht mehr abgelesene Gene. Bei Eukaryonten findet durch das alternative Splicing eine Datenkompression statt, so dass die Genomgröße (in Basenpaaren gemessen) kleiner sein kann als die Anzahl der durch das Genom codierten Merkmale.
Bei allen Organismen, die komplexer als Viren sind, gibt es außerhalb der chromosomalen DNA (bei Eukaryonten "Karyom" genannter Teil des Genoms) weitere Genombestandteile in anderen Zellteilen. So finden sich bei Bakterien und Archaebakterien essentielle Plasmide, bei Eukaryonten (Pflanzen, Tiere, Pilze) gibt es selbstständig vererbte DNA-Sequenzen in den Mitochondrien ("Mitochondriom") und Plastiden ("Plastidom"), die aber zum Gesamtgenom der Zellen gehören.
Typische Genomgrößen
| Lebewesen | Genomgröße (in Basenpaaren) |
|---|---|
| λ-Phage | 5×104 |
| Darmbakterium Escherichia coli | 4×106 |
| Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae | 2×107 |
| Fadenwurm Coenorhabditis elegans | 8×107 |
| Taufliege Drosophila melanogaster | 2×108 |
| Kugelfisch Fugu rubripes | 3,65×108 |
| Mensch Homo sapiens sapiens | 3×109 |
| Molch | 4×1010 |
Anmerkung 1: Die DNA einer einzelnen menschlichen Zelle ist ca. 1,80 m lang. Anmerkung 2: Ein Basenpaar hat einen Informationsgehalt von 2 bit, das Genom des Menschen hat einen Informationsgehalt von ca. 400 MByte.
Auffallend ist, dass die Genomgröße anscheinend nicht mit der Komplexität oder Organisationsstufe des Organimus korreliert ist: Ein Molch ist nicht zehnmal komplexer aufgebaut als ein Mensch. Dieser scheinbar paradoxe Nicht-Zusammenhang wird "C-Wert Paradoxon" genannt. Er löst sich auf, wenn man in Betracht zieht, dass nur ein Bruchteil der DNA von Eukaryonten kodierend ist, außer den Genen auch Transposons im Genom mitgeführt werden, die vielfältige Duplikationen hervorrufen und einzelne Gene verschiedene Spleißvarianten besitzen können.
Sequenzierte Genome im Internet
Mittels der DNA-Sequenzierung wurden annähernd vollständige Genome von verschiedenen Organismen, die entweder für die medizinisch-pharmazeutische oder anwendungsorientierte Forschung oder auch für die Grundlagenforschung relevant sind, entschlüsselt und über das Internet vom NCBI bereitgestellt.
- Archaea - www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/static/a.html
- Bacteria - www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/static/eub.html
- Escherichia coli (Colibakterien) - www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?id=562
- Eukaryota - www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/static/euk.html
- Homo sapiens (Mensch) - www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?id=9606
- Felis catus (Hauskatze) - www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?id=9685
- Mus musculus (Hausmaus) - www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?id=10090
- Drosophila melanogaster (Fruchtfliege) - www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?id=7227
- Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) - www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?id=3702
- Oryza sativa (Reis) - www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?id=4530
Siehe auch
Genetik - Molekularbiologie - Molekularbiologische Datenbanken - Proteinbiosynthese - DNA-Sequenzanalyse
- Suche nach Genom Infos mit: Yahoo