Proteinbiosynthese von der Schule in die Praxis

Gene – zentrales Dogma – Zwischen Theorie und Praxis

Unsere Autorin Martina Henn-Sax hat einen sehr aktuellen Artikel zum Thema Biologie und Praxis geschrieben:

Die Struktur der DNA ist einfach – im Schulbuch! Die Produktionsstraße „Proteinbiosynthese“ ist einfach, linear und gut verständlich – im Schulbuch! Der Status quo „Molekularbiologie“ ist seit einigen Jahren konstant – im Schulbuch!

Auch wenn es wirklich gute Schulbücher gibt, und diese selbstverständlich auch laufend aktualisiert werden, stellt sich die Frage, wie wir dieses sich ändernde Wissen oder „Unwissen“ in den Abiturprüfungen abgefragen. Wo kann eine vernünftige Grenze zwischen „Expertenwissen dort draußen“  und „Verständnis im geschützten Raum Schule“ gezogen werden?

Dieser Blogartikel ist aufgrund von zwei Impulsen entstanden:

Ich möchte mit Letzterem beginnen:

Der Fall Angelina Jolie

Am 14. Mai 2013 erhielten zwei Gene die Aufmerksamkeit einer breiten Mehrheit. Jeder Mediziner, Molekularbiologe und Humangenetiker freut sich über so eine Presseresonanz zu der vollbrachten wissenschaftlichen Arbeit. Die Gene, die diesen Wirbel verursachten waren BCA1 und BCA2. Warum plötzlich so ein Hype wurden die Gene doch bereits zur Jahrtausendwende beschrieben und als Ursache für Brustkrebs ins Visier genommen.

Ursache für den Presserummel war wohl eher ihre berühmte Trägerin Angelina Jolie und ihre Reaktion auf die Gefahr an Brustkrebs zu erkranken. Es geht jedoch an dieser Stelle nicht um die Entscheidung an sich. Dieser Artikel will sich auf die Gene BCA1 und BCA2 konzentrieren und anhand dieses Beispiels den „Weg vom Gen zum Protein“, den „Weg vom Gen zur Information“ oder in diesem Fall zur „Krankheit“ diskutieren.

Abi-Kurse

Beide Gene gehören zu den sogenannten Tumorsuppressorgenen. Diese Gene verhindern ein massives Wachstum der Zelle(n). Tauchen nun in Tumorsuppressorgenen Mutationen auf, so kann durch diese Genveränderung auch der Einfluss dieser Gene bzw. der Genprodukte beeinflusst werden. Die schützende, verlangsamende Wirkung des Tumorsuppressors wird aufgehoben. (Tumorsupressorgene werden auch im Unterricht behandelt, u.a. in Hessen). Beispielsweise steigt dadurch die Zellteilungsrate, wodurch diese veränderte Form von BCA 1 und BCA 2 das Krebsrisiko erhöhen.

Proteinbiosynthese im Schulunterricht

Betrachten wir die Proteinbiosynthese, so wie sie im Allgemeinen im Schulunterrichtdargestellt wird, dann ist dieses einfache Flussdiagramm korrekt:

DNA –> mRNA –> Protein (respektive Genprodukt)

Ganz so einfach ist die Realität dann doch nicht.

  1. besitzen wir immer zwei Allele eines jeden Gens (väterliche und mütterliche DNA)
  2. wird DNA nur zu ganz bestimmten Zeitpunkten bzw. in ganz bestimmten Zellen exprimiert
  3. ist die Expression von der Umwelt abhängig

Diese dritte Aussage klingt so „lapidar“, dass man Sie fast überlesen mag. Aber hier steckt der Teufel im Detail. Ein sehr guter Artikel wurde dazu schon 2008 in der Zeit  veröffentlicht. Hier beschreibt der Autor Uwe Bahnsen die Problematik der veränderten Genorganisation. Sein Titel „Erbgut in Auflösung“ erfasst in einem Satz den Paradigmenwechsel von oben erläuterten festgelegtem Weg der Genexpression zu dem was tatsächlich in der Zelle vorzugehen scheint. Der Autor schreibt folgendes:

„Das Erbgut eines jeden ist in beständigem Umbau begriffen. Die Folge: Jeder Organismus, jeder Mensch, selbst jede Körperzelle ist ein genetisches Universum für sich.“

So wird immer deutlicher, dass die DNA zwar in den Zellen eine Informationsgrundlage schafft, aber mit massiven Freiheitsgraden ausgestattet ist, diese zu interpretieren. Die DNA scheint nur ein Vorschlag, ein Ideengeber, alles weitere entscheidet das Individuum. Ganz nach dem Motto wie viele ganzheitliche Ansätze von „Körper – Geist – Seele“ das schon immer behaupten.

So zeigen die Sequenzierungsarbeiten immer deutlicher, dass jedes menschliche Individuum tatsächlich ein einzigartiges Geschöpf ist. So kommt es zu Veränderungen der DNA in den einzelnen Zellen. Gene werden mehrfach kopiert, Abschnitte entfernt oder vervielfacht. Dadurch wird auch die Zuordnung von „Gen“ zu „Krankheit“ immer schwieriger. Vor allem bei krankhaften Veränderungen der Zellen wie Krebs, die sowieso vom Zusammenspiel mehrerer genetischer Faktoren abhängig sind. Um es kurz zu machen: die DNA bestimmt nicht was für ein Mensch aus uns wird. Es sind die Faktoren die uns umgeben. Die Liebe der Eltern, die gesunde Ernährung, das ländliche Umfeld, der Stress im Büro. Das alles könnte man in einem Wort „Umweltfaktoren“ zusammenfassen.

Was lernen wir daraus? Was bringen all die Daten aus Gentests usw.

Was sind positive Umwelteinflüsse, was negative? Was ist mit den Faktoren, die wir momentan bei der Anamnese noch nicht erfassen. Beispielsweise stellt ein Arzt selten die Frage nach dem Kaffeekonsum der Patienten. Was mit Faktoren, deren Existenz wir uns momentan ggf. noch gar nicht bewusst sind?

Sie sehen das Dilemma, das sich hier aufzeigt. Wahrscheinlich kann kein Statistiker dieser Welt den tatsächlichen Wert der Brustkrebsgefahr errechnen. Dieser ist für jede Frau an jedem Ort dieser Welt verschieden – ganz unabhängig von BCA1 und BCA2. Dass die veränderten Varianten dieser Gene das Risiko nicht mindern ist so ziemlich das einzige in dieser Rechenformel das sicher scheint.

Daher kann jeder Gentest nur ein weiteres Puzzlestück sein, das dem Patienten und dem Arzt eine Entscheidung leichter oder auch schwerer machen kann. Die Aussagen sind nicht „ja“ oder „nein“. Es sind Wahrscheinlichkeiten. Selbst mit einem Risiko von 99% kann die Patientin ohne Brustkrebs bleiben.

Abiturrelevant oder wissenschaftlich korrekt?

Nach diesem ausführlichen Exkurs in die Molekularbiologie nun zurück zu unserem Ausgangsthema. Der Kommentar von Oachkatzerlschwoaf zu meinem Video „Bio Abitur Genetik: Genetischer Fingerabdruck“:

„ (…) das was hier vorgetragen wird entspricht nicht der Realität. ein Verbrechen, dass das noch gelehrt wird. Vom stabilen Genom muss sich die Pseudowissenschaft verabschieden, dies wurde bereits 2008 publiziert „Die Zeit“ Nr. 25. – Erbgut in Auflösung. Die DNA ist ständig im Wandel die Genetiker können nicht einmal ein Gen definieren und sprechen fast von einem Wunder. Die Vererbung liegt NICHT in der DNA. Alle Täterschafts- und Vaterschaftsnachweise sind ohne Aussagekraft.“

Oachkatzerlschwoaf hat sicherlich recht was seine Aussage angeht!

Wer tatsächlich in der Molekularbiologie drin steckt wird feststellen, dass tagtäglich neue Informationen publiziert werden. Informationen, die Bekanntes unterstützen, die etablierten Annahmen widersprechen, die das Wissen von Gestern komplett durcheinander wirbeln.

Das ist gut so. So ist Wissenschaft. Ohne Informationssuche, ohne Widerspruch bleiben wir ohne neuen Erkenntnisgewinn stehen. Als Biochemikerin, die lange Jahre in der Grundlagenforschung gearbeitet hat, weiß ich nur zu gut, dass sich der Stand der Wissenschaft von „heute auf morgen“ ändern kann.

Doch wie vermitteln wir diese tägliche Flut an neuen, oftmals konträren Informationen im Schulunterricht?

In der Schule ist es wichtig Grundlagen zu legen. Verständnis für Vorgänge zu erzeugen, Zusammenhänge aufzuzeigen. Die Schüler, der später in der Forschung arbeiten werden, wird im Laufe ihrer Ausbildung sehr schnell in die Primärliteratur umsteigen, einzelne experimentelle Ansätze studieren und den Austausch mit anderen Forschungsgruppen suchen um ihre Forschungsfragen zu beantworten. Doch die Schule muss zunächst einmal anderen Dinge leisten.

Auch auf abiweb.de bereiten wir auf die Abiturprüfungen in den 16 Bundesländern vor. Die Prüfungsvorgaben sind dabei eindeutig festgelegt. Die Inhalte ebenso (EPA Biologie). Wir möchten, dass unsere Schülerinnen und Schüler das bei uns Lernen, was in den Prüfungen von Ihnen gefordert wird. Das ist unser Ziel: Schülerinnen und Schüler mit guten Noten sicher durch Ihr Abitur zu bringen. Zusätzliche Infos posten wir gerne auf unserem Blog, denn oftmals beinhaltet die Wissenschaft und das Leben mehr als der Schulunterricht.

 

Abiturvorbereitung Chemie und Praxisbezug

Schüler fragen sich bei der Abiturvorbereitung oft nach dem Sinn der Theorien die sie für die Abiturprüfung lernen sollen. Im Schulalltag wird leider viel zu selten auf den Praxisbezug der Inhalte eingegangen. Hier wollen wir von abiweb.de helfen und versuchen nicht nur in unseren Kursen an vielen Stellen einen Praxisbezug herzustellen. In unserem Blog wollen wir immer wieder zu bestimmten Themen etwas aus der Praxis erzählen und so ein größeres Interesse an den Abiturthemen erreichen. An dieser Stelle erzählt Benjamin Berk unser Dozent für die Chemie Online-Kurse etwas aus der Praxis.

Konservierungsstoffe – Das Wunder der Haltbarmachung

Konservierungsmittel dienen in Lebensmitteln dazu sie vor mikrobiellen Prozessen (Zersetzung, Fäulnis etc.) zu schützen und somit länger haltbar zu machen. Sie werden angewandt, wenn andere Methoden wie Pasteurisieren, Vakkuumierung eine nicht ausreichende Haltbarkeit versprechen.

Abi-Kurse

Konservierungsmittel werden nach dem LFGB (Lebensmittel-, Futtermittel und Bedarfsgegenstände-Gesetzbuch) bzw. der VO (EG) 187/2002 in verschiedene Gruppen je nach Anwendungsgebiet unterteilt. Konservierungsmittel werden nicht nur in Lebensmitteln, sondern auch in Kosmetikartikel angewandt. Durch den direkten Kontakt mit dem Menschen müssen auch bei Kosmetik besondere Auflagen erfüllt werden.

Bei fehlender oder unzureichender Konservierung, besteht die Gefahr, dass Lebensmittel oder Kosmetikartikel nach Artikel 14 (VO EG 187/2002) nicht sicher, oder gar gesundheitsschädlich sind. Dass diese nicht in den Verkauf geraten ist verständlicherweise verboten und muss vom Erzeuger garantiert sein.

Chemie hilft bei Lebensmittelkontrollen

Diese Tatsachen habe ich im Rahmen eines Lebensmittelhygiene-Praktikums bei der Abteilung Verbraucherschutz und Sicherheit der Stadt Mannheim gelernt. Hier werden wissenschaftliche Gutachten von entnommenen Proben in Lebensmittelbetrieben  erstellt. Diese kommen mit einer Aufführung von chemischen Methoden, Grenzwerten und Maßstäben zurück, die man ohne die Chemie niemals verstehen würde. Die Kenntnis von  Theorien der Chemie helfen, dass wir keine gesundheitsschädlichen Lebensmittel im Handel kaufen.

Mit dieser Motivation wünsche ich euch viel Erfolg bei der Abiturvorbereitung in der Chemie, euer Chemie Dozent Benjamin Berk.