Struktur Und Aufbau Der Dna

Die Desoxyribonukleinsäure, allgemein bekannt als DNA, ist das Molekül, das die genetischen Anweisungen für alle bekannten lebenden Organismen und viele Viren trägt. Sie ist vergleichbar mit einer Bauanleitung, die alle Informationen enthält, die ein Organismus zum Wachsen, Überleben und Reproduzieren benötigt. In diesem Artikel werden wir uns den detaillierten Aufbau und die Struktur der DNA ansehen.

Die Grundbausteine: Nukleotide

Die DNA ist ein Polymer, das heißt, sie ist aus vielen sich wiederholenden Einheiten aufgebaut, die miteinander verbunden sind. Diese Einheiten nennt man Nukleotide. Jedes Nukleotid besteht aus drei Hauptkomponenten:

1. Einem Desoxyribose-Zucker

Desoxyribose ist ein Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen. Er bildet das Rückgrat des Nukleotids und verbindet sich mit der Phosphatgruppe und der Base.

2. Einer Phosphatgruppe

Die Phosphatgruppe besteht aus einem Phosphoratom, das an vier Sauerstoffatome gebunden ist. Sie ist für die Verbindung der Nukleotide untereinander verantwortlich, wodurch die lange DNA-Kette entsteht.

3. Einer stickstoffhaltigen Base

Es gibt vier verschiedene Arten von stickstoffhaltigen Basen, die in der DNA vorkommen:

• Adenin (A)
• Guanin (G)
• Cytosin (C)
• Thymin (T)

Die Reihenfolge dieser Basen entlang der DNA-Kette bestimmt den genetischen Code. Adenin und Guanin sind Purine (haben eine Doppelringstruktur), während Cytosin und Thymin Pyrimidine sind (haben eine Einzelringstruktur).

Die Doppelhelix-Struktur

Die DNA existiert nicht als einfache Kette, sondern als Doppelhelix. Diese Struktur wurde 1953 von James Watson und Francis Crick entdeckt, basierend auf den Röntgenbeugungsdaten von Rosalind Franklin und Maurice Wilkins. Die Doppelhelix sieht aus wie eine verdrehte Leiter.

Die beiden Stränge der DNA-Doppelhelix sind komplementär zueinander. Das bedeutet, dass die Basen auf einem Strang spezifisch mit den Basen auf dem anderen Strang paaren. Diese Paarung erfolgt nach dem Prinzip der Basenpaarung:

• Adenin (A) paart sich immer mit Thymin (T)
• Guanin (G) paart sich immer mit Cytosin (C)

Diese Basenpaarung wird durch Wasserstoffbrücken zwischen den Basen stabilisiert. Adenin und Thymin bilden zwei Wasserstoffbrücken, während Guanin und Cytosin drei Wasserstoffbrücken bilden. Diese spezifische Paarung ist entscheidend für die Replikation und Transkription der DNA.

Die Organisation der DNA im Zellkern

Die DNA ist im Zellkern in Form von Chromosomen organisiert. Ein Chromosom ist eine lange, kontinuierliche DNA-Kette, die um Proteine, sogenannte Histone, gewickelt ist. Diese Wicklung ermöglicht es, die lange DNA-Kette in den kleinen Zellkern zu packen.

Die Kombination aus DNA und Histonen wird als Chromatin bezeichnet. Es gibt zwei Haupttypen von Chromatin:

• Euchromatin: Dies ist die weniger dicht gepackte Form des Chromatins. Sie ist transkriptionell aktiv, d. h., die Gene in diesem Bereich werden abgelesen und in Proteine übersetzt.
• Heterochromatin: Dies ist die dichter gepackte Form des Chromatins. Sie ist in der Regel transkriptionell inaktiv, d. h., die Gene in diesem Bereich werden nicht abgelesen.

Die Struktur und Organisation der DNA im Chromatin spielt eine wichtige Rolle bei der Genregulation.

DNA-Replikation

DNA-Replikation ist der Prozess, bei dem eine DNA-Doppelhelix kopiert wird, um zwei identische DNA-Moleküle zu erzeugen. Dieser Prozess ist essentiell für die Zellteilung und die Weitergabe genetischer Informationen von einer Generation zur nächsten.

Die DNA-Replikation ist ein komplexer Prozess, an dem viele Enzyme beteiligt sind, darunter:

• DNA-Helicase: Entwindet die DNA-Doppelhelix, um die beiden Stränge zu trennen.
• DNA-Polymerase: Fügt neue Nukleotide an die bestehenden DNA-Stränge hinzu, basierend auf der Basenpaarungsregel.
• DNA-Ligase: Verknüpft DNA-Fragmente miteinander, um einen kontinuierlichen Strang zu bilden.

Die DNA-Replikation beginnt an bestimmten Stellen auf der DNA, den sogenannten Replikationsursprüngen. An diesen Stellen öffnet sich die DNA-Doppelhelix, und es bilden sich Replikationsgabeln. Die DNA-Polymerase bewegt sich entlang der DNA-Stränge und fügt neue Nukleotide hinzu, wodurch zwei neue DNA-Doppelhelices entstehen.

DNA-Transkription

DNA-Transkription ist der Prozess, bei dem die genetische Information in der DNA in RNA (Ribonukleinsäure) umgeschrieben wird. Die RNA ist ein Molekül, das der DNA ähnlich ist, aber einige wichtige Unterschiede aufweist. Zum Beispiel enthält RNA den Zucker Ribose anstelle von Desoxyribose und die Base Uracil (U) anstelle von Thymin (T).

Die Transkription wird von einem Enzym namens RNA-Polymerase durchgeführt. Die RNA-Polymerase bindet an die DNA und bewegt sich entlang des DNA-Strangs, wobei sie die DNA-Sequenz abliest und eine komplementäre RNA-Sequenz erzeugt.

Es gibt verschiedene Arten von RNA, die im Körper vorkommen, darunter:

• Messenger-RNA (mRNA): Trägt die genetische Information von der DNA zu den Ribosomen, wo sie für die Proteinsynthese verwendet wird.
• Transfer-RNA (tRNA): Bringt Aminosäuren zu den Ribosomen, um sie in die wachsende Proteinkette einzubauen.
• Ribosomale RNA (rRNA): Bildet einen wichtigen Bestandteil der Ribosomen.

DNA-Mutationen

DNA-Mutationen sind Veränderungen in der DNA-Sequenz. Sie können spontan auftreten oder durch äußere Einflüsse wie Strahlung oder Chemikalien verursacht werden. Mutation können verschiedenste Auswirkungen haben.

Es gibt verschiedene Arten von Mutationen, darunter:

• Punktmutationen: Veränderungen einer einzelnen Base in der DNA-Sequenz.
• Insertionen: Einfügung zusätzlicher Basen in die DNA-Sequenz.
• Deletionen: Entfernung von Basen aus der DNA-Sequenz.
• Chromosomenaberrationen: Veränderungen in der Struktur oder Anzahl der Chromosomen.

Einige Mutationen haben keine Auswirkungen auf den Organismus, während andere schädlich oder sogar tödlich sein können. Mutationen können jedoch auch positive Auswirkungen haben, indem sie neue genetische Varianten erzeugen, die es dem Organismus ermöglichen, sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Mutation sind der Motor der Evolution.

Zusammenfassung

Die DNA ist das Molekül, das die genetischen Informationen für alle lebenden Organismen enthält. Sie besteht aus Nukleotiden, die aus einem Desoxyribose-Zucker, einer Phosphatgruppe und einer stickstoffhaltigen Base bestehen. Die DNA existiert als Doppelhelix, in der zwei komplementäre Stränge miteinander verbunden sind. Die DNA ist im Zellkern in Form von Chromosomen organisiert. Die DNA-Replikation ist der Prozess, bei dem die DNA kopiert wird, um zwei identische DNA-Moleküle zu erzeugen. Die DNA-Transkription ist der Prozess, bei dem die genetische Information in der DNA in RNA umgeschrieben wird. DNA-Mutationen sind Veränderungen in der DNA-Sequenz, die unterschiedliche Auswirkungen auf den Organismus haben können.

Das Verständnis der Struktur und Funktion der DNA ist essenziell für viele Bereiche der Biologie und Medizin, von der Genetik über die Krebsforschung bis hin zur Entwicklung neuer Medikamente.