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Desoxyribonukleinsäure


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Die Desoxyribonukleinsäure (englisch und international: DNA ; deutsch auch: DNS) ist ein sehr Molekül das als Träger der Erbinformation dient. dieser Information die in einer bestimmten Form dem genetischen Code in die DNA eingeschrieben ist werden Proteine produziert . Das Makromolekül ist aus den chemischen Elementen Kohlenstoff Wasserstoff Sauerstoff Phosphor und Stickstoff zusammengesetzt.
DNA-Molekül

Die Deutsche Abkürzung der D esoxyribo n uklein s äure (DNS) wird im wissenschaftlichen Sprachgebrauch wegen international gebräuchlichen englischen Abkürzung DNA ( d eoxyribo n ucleic a cid) seltener verwendet. Außerdem werden durch die DNA Verwechslungen mit dem Domain Name System (DNS) des Internets vermieden.

Inhaltsverzeichnis

Der Aufbau der DNA

Die Struktur der DNA wurde 1953 von James Watson und Francis Crick entschlüsselt die 1962 dafür den Nobelpreis erhielten. Entdeckt wurde sie allerdings schon 1869 von Friedrich Miescher der ihre Funktion aber noch nicht sicher bestimmen konnte. Quelle

Die Desoxyribonukleinsäure ist ein langes Polymer das aus Desoxyribonucleotiden als Repetiereinheit besteht. Jedes Nucleotid das als Baustein der DNA dient eine Verbindung aus dem Zucker Desoxyribose einer heterocyclischen Nucleobase ( Adenin Thymin Guanin oder Cytosin ) und einem Phosphorsäure -Molekül. Die 5 Kohlenstoffatome einer Desoxyribose sind 1' bis 5' nummeriert. Bei jedem in DNA vorkommenden Nucleotid sitzt am 5'-Ende der ein Phosphatrest am 3'-Ende eine OH-Gruppe . Letztere wird allerdings beim Verknüpfen der (s. u.) aufgelöst. Nach dem Modell von und Crick ist die DNA insgesamt aus gegenläufigen DNA-Einzelsträngen aufgebaut die je ein 5'-Ende einer Phosphat-Gruppe und ein 3'-Ende mit einer besitzen.

Die DNA besitzt eine Strickleiter-Struktur bei die zwei Holme der Leiter um eine Achse schraubenförmig gewunden sind ( Doppelhelixstruktur ). Die beiden Holme der Strickleiter werden Hunderttausenden sich abwechselnder Zucker- ( Desoxyribose -) und Phosphat -Bausteine gebildet die innerhalb jedes DNA-Einzelstrangs (Holms) feste Atombindungen miteinander verknüpft sind. Die Sprossen der bestehen aus je zwei organischen Basen (einem so genannten Basenpaar ) die über Wasserstoffbrücken (schwächere Bindungskräfte) miteinander verbunden sind und dafür sorgen dass die beiden Holme auch schraubenförmigen Zustand der Strickleiter verknüpft bleiben und gleichen Abstand nebeneinander liegen. Insgesamt gibt es der DNA vier verschiedene organische Basen : Adenin Thymin Guanin und Cytosin die mit den Anfangsbuchstaben A T G und C abgekürzt werden. Die Basenpaare werden von jeweils komplementären Basen Adenin und Thymin sowie Guanin Cytosin gebildet. Zwischen Adenin und Thymin bilden dabei zwei Wasserstoffbrücken aus; Cytosin und Guanin sind über Wasserstoffbrücken miteinander verknüpft.

Das Riesenmolekül DNA ist demzufolge aus Vielzahl von vier verschiedenen Nukleotiden "zusammengesteckt" die in einem DNA-Einzelstrang in Reihenfolge aneinander gebunden werden können und sich unterscheiden dass sie jeweils nur eine von möglichen organischen Basen enthalten.

Jeweils drei solcher Basen wie sie einem DNA-Einzelstrang direkt hintereinander liegen bilden ein genanntes Basentriplett . Jedes Basentriplett steht für eine von Aminosäuren aus denen die Proteine aufgebaut sind. Die Reihenfolge der Basen und damit der Basentripletts - bestimmt also Reihenfolge der Aminosäuren in den Proteinen. Dadurch der Aufbau der Proteine mit Hilfe der Basensequenz innerhalb der DNA beschrieben. Die Basenabfolge eines Genabschnitts der DNA wird bei der Proteinbiosynthese zunächst durch die Transkription in die komplementäre Basensequenz der m-RNA -Moleküle überschrieben. Die von der mRNA übermittelte wird dann durch Translation am Ribosom in die Abfolge der Aminosäuren (Aminosäuresequenz) Polypeptidkette übersetzt. (Details hierzu siehe unter genetischer Code ).

Verdopplung der DNA/DNA-Replikation

Verdopplung der DNA
Bild von DOE Human Genome Project .

Die DNA ist in der Lage mit Hilfe von Enzymen selbst zu verdoppeln. Sie wird nach so genannten semi-konservativen Prinzip repliziert. Die doppelsträngige Helix wird durch das Enzym Helicase aufgetrennt. Ein Einzelstrang dient als Matrize den zu synthetisierenden komplementären Gegenstrang d.h. die DNA besteht jeweils aus einem alten und neu synthetisierten komplementären Einzelstrang. Der Vorgang der d.h. die Bindung der zu verknüpfenden Nucleotide durch Enzyme aus der Gruppe der DNA-Polymerasen vollzogen. Ein zu verknüpfendes Nucleotid muss der Triphosphat-Verbindung - also als Desoxyribonukleosidtriphosphat - Durch Abspaltung zweier Phosphatteile wird die für Bindungsvorgang benötigte Energie frei.

Im Bereich der durch das Enzym gebildeteten Replikationsgabel (das heißt zweier auseinander laufender DNA-Einzelstränge) zunächst ein RNA-Primer den Startpunkt der DNA-Neusynthese. An das hängt die DNA-Polymerase dann ein zum Nucleotid alten DNA-Einzelstrangs komplementäres Nucleotid daran wieder ein neues passendes Nukleotid usw. bis die DNA zu einem Doppelstrang komplettiert wurde. Dies geschieht beiden geöffneten Einzelsträngen. Dennoch ergibt sich dabei Problem: Die Verknüpfung der neuen Nucleotide zu komplementären DNA-Einzelstrang verläuft nur in 5'→3' Richtung kontinuierlich den alten 3'→5'-Strang entlang (und dabei ablesend) in Richtung der sich immer weiter Replikationsgabel ohne Pause in einem Schritt durch. Synthese des zweiten neuen Stranges am alten dagegen kann nicht kontinuierlich in Richtung der sondern nur von dieser weg ebenfalls in Richtung erfolgen. Die Replikationsgabel ist aber zu der Replikation nur ein wenig geöffnet weshalb diesem Strang - quasi in 'unpassender' Gegenrichtung immer nur ein kurzes Stück neuer komplementärer entstehen kann. Da hier jeweils eine DNA-Polymerase ca. 1000 Nucleotide verknüpft ist es notwendig gesamten komplementären Strang stückchenweise zu synthetisieren. Bei weiter geöffnetem Zustand der Replikationsgabel lagert sich ein neuer RNA-Primer wieder direkt an der an den DNA-Einzelstrang an und die nächste beginnt - sich von der Replikationsgabel entfernend erneut ca. 1000 Nucleotide an den RNA-Primer hängen. Dasselbe Spielchen wird laufend wiederholt d.h. komplementäre DNA-Strang entsteht nach und nach häppchenweise. der Synthese des 3'→5'-Stranges wird also pro jeweils ein neuer RNA-Primer benötigt. Primer und Syntheseeinheit bezeichnet man als Okazaki-Fragment . Erwähnt sei noch dass die für Replikations-Start benötigten RNA-Primer enzymatisch abgebaut werden. Dadurch Lücken im neuen DNA-Strang welche durch spezielle mit DNA-Nucleotiden aufgefüllt werden. Zum Abschluss verknüpft Enzym Ligase die noch nicht miteinander verbundenen neuen zu einem einzigen langen komplementären Doppelstrang. Nach der Replikation wurden also zwei DNA-Einzelstränge in unterschiedlicher Weise jeweils wieder zu einem Doppelstrang Aus einem DNA-Molekül sind somit zwei entstanden.

Andere Funktionen der DNA

Mutationen von DNA-Abschnitten - z.B. Austausch von gegen andere oder Änderungen in der Basensequenz führen zu Veränderungen des Erbguts die zum Teil tödlich ( letal ) für den betroffenen Organismus sein können. sind solche Mutationen aber auch von Vorteil; bilden dann den Ausgangspunkt für die Veränderung Lebewesen im Rahmen der Evolution . DNA-Moleküle spielen als Informationsträger und "Andockstelle" eine Rolle für Enzyme die für die Transkription zuständig sind. Siehe RNA-Polymerase . Weiterhin ist die Information bestimmter DNA-Abschnitte sie etwa in operativen Einheiten wie dem Operon vorliegt wichtig für Regulationsprozesse innerhalb der Zelle .

Die DNA die nach aktuellem Wissensstand Träger von Erbinformationen ist wird nichtkodierende Desoxyribonukleinsäure genannt.

Literatur

  • James D. Watson: Die Doppelhelix . Rowohlt-Taschenbuch 1997
  • James D. Watson: Gene Girls und Gamov. Erinnerungen eines Genies . Piper 2003 ISBN 3-492-04428-X
  • Ernst Peter Fischer: Das Genom . Fischer-Taschenbuch 2002
  • Ernst Peter Fischer: Am Anfang war die Doppelhelix. James D. und die neue Wissenschaft vom Leben . Ullstein 2003 ISBN 3-550-07566-9
  • T.A. Brown: Moderne Genetik . 2. Aufl. Spektrum Akademischer Verlag 1999
  • James D. Watson M. Gilman J. Witkowski M. Zoller: Rekombinierte DNA . 2. Aufl. Spektrum Akademischer Verlag 1993

Weblinks


  



Bücher zum Thema Desoxyribonukleinsäure

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