Der Begriff Genwirkkette bezeichnet die enge, genua geregelte Abfolge von Stoffwechselreaktionen oder speziellen Stoffwechselprozessen. Die meisten Schritte im Stoffwechsel laufen in mehreren voneinander abhängigen Stoffwechselreaktionen hintereinander ab. Je nach Komplexität des Stoffwechselvorgangs ist eine Regelung dieser Prozesse notwendig.
Häufig werden einzelne Abschnitte eines komplizierten Stoffwechselwegs durch Enzyme gesteuert, welche durch einzelne Gene reguliert werden.
Damit ein bestimmter Stoffwechselvorgang, zum Beispiel die Erzeugung eines bestimmten Stoffwechselproduktes, korrekt und ohne Fehler ablaufen kann, ist eine intensive Regelung notwendig. Damit beispielsweise ein Biosyntheseweg funktioniert, sind zahlreiche hintereinander geschaltete Stoffwechselreaktionen notwendig, die intensiv von jeweils spezifischen Enzymen oder Multienzymkomplexen gesteuert werden.
Am Anfang der Genwirkkette steht das Gen selbst. Es kodiert die Ausbildung von Enzymen, die bestimmte Stoffwechselvorgänge katalysieren. Soll zum Beispiel eine Protein gebildet werden, sind neben den Enzymen, die diesen Vorgang regulieren auch weitere Stoffwechselbestandteile notwendig. Dann ist bei der Proteinbildung das enge Zusammenwirken einer Reihe von Strukturproteinen (den sogenannten Skleroproteinen) erforderlich. Über die Bildung dieser hochspezifischen Enzyme bzw. den dann gebildeten Strukturproteine können die entsprechenden Gene letztendlich Biosynthesewege etablieren, die wiederum bestimmte Stoffwechselvorgänge oder auch die Ausprägung von Merkmalen steuern.
Ein wichtiger Aspekt ist, dass in den Genwirkketten sind viele Gene und deren einzelne Wirkung hintereinandergeschaltet sind. Dies bedeutet, dass für viele Biosynthesen oder Stoffwechselprozesse im Allgemeinen und für das Funktionieren dieser Funktionen mehrere einzene Gene erforderlich ist.
Beispiel Citratzyklus
Viele dieser Genwirkketten wirken auf umfangreiche biochemische Zyklen ein.
Oft laufen nämlich Stoffwechselvorgänge zyklisch ab. Dies bedeutet, dass Stoffwechselwege in Reaktionsfolgen zusammengefasst werden können. In diese Zyklen treten dann einzelne Stoffwechselprodukte (sogenannte Metabolite) eintreten oder werden dem Kreislauf entnommen. Die zyklischen Stoffwechselwege werden intensiv von Genen reguliert.
Zyklisch bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Anfangsprodukt des Stoffwechselwegs ist auch als Endprodukt wirkt. Der Kreislauf beginnt von neuem, wenn das Startmolekül durch den Kreislauf regeneriert oder nachgeliefert wird. Das bekannteste Beispiel aus dem Stoffwechsel des Menschen ist der Citratzyklus, die „Drehscheibe des Stoffwechsels“, in dem alle Anteile des menschlichen Stoffwechsels zusammenlaufen. Dieser komplexe Zyklus wird durch zahlreiche Genwirkketten reguliert: Gene bilden Enzyme, die dann regulierend in den Kreislauf eingreifen. Somit hängt das Gen direkt mit dem Stoffwechselendprodukt zusammen. Es existiert also eine Wirkkette.
Krankheiten können durch die Genwirkkette erklärt werden
Da für die Bildung jedes Enzyms durch Proteinbiosynthese ein bestimmtes Gen nachgewiesen werden kann, bedeutet die Umsetzung eines Stoffwechsels also eine Genwirkkette. Daraus kann abgeleitet werden: wenn bei einem speziellen Gen ein Gendefekt vorliegt, dann wird das vom Gen codierte Enzym nicht synthetisiert. Dies hat zur Folge, dass der betreffende Stoffwechselschritt ausfällt. Weil viele Abläufe im Stoffwechsel hintereinander ablaufen und auf einander basieren, werden anschließende biochemischen Umsetzungen gestört, wen der dafür erforderliche Teilschritt fehlt.
Durch diese Beobachtung können zahlreiche Erkrankungen (unter anderem Erbkrankheiten) erklärt werden. Durch das Zusammenbrechen der Genwirkkette durch Gendefekte kommt es zu Störung von Stoffwechselvorgängen, weil die von den Enzymen bewerkstelligten biochemischen Umsetzungen infolge eines durch den Gendefekt fehlenden Enzyms nicht ablaufen, was in der Entstehung einer Krankheit resultieren kann.
Mein Name ist Anatoli Bauer und ich wohne im Norden an der Nordseeküste in Husum. Ich beschäftige mich leidenschaftlich gerne mit den Naturwissenschaften und interessiere mich vor allem für Physik und alles, was mit dem Weltraum und entfernten Planten zu tun hat.
