Referat über die DNA - Ihre Homepage bei Arcor

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Die DNA allgemein
Herleitung der Abkürzung DNA:
Die DNA wurde früher als DNS bezeichnet, was sich aus den Begriffen DesoxyRibonuklein-Säure herleitete. Heutzutage verwenden wir international die
Bezeichnung DNA, was die Abkürzung der englischen Begriffe DeoxyriboNucleic-Acid ist.
Definition der DNA:
Die DNA ist der wichtigste Baustein des Zellkerns, hat innerhalb
eines Chromosoms strukturgebende Aufgaben und gewährt in
Form einer Strickleiter den die genetische Information tragenden
Purinbasen Bindungsplätze. Chemisch ist die DNA ein Polymer
aus Zuckermolekülen, den sogenannten Ribosen.
Die DNA ist im Organismus voll recyclebar. Die Abschrift der
genetischen Information für die Proteinsynthese erfolgt auf die
eng verwandte RNA (= Abkürzung für Ribonukleinsäure, auf
englisch Ribo-Nucleic-Acid), d.h. die RNA ist eine wichtige
Substanz für die Umsetzung der Erbinformation.
Enthalten in:
Aus der Zellbiologie in Klasse 11 sollten wir wissen, daß die DNA ein
doppelsträngiges Riesenmolekül im Zellkern der eukaryontischen Zellen und im
Cytoplasma der Bakterienzellen ist. Sie ist ebenfalls in Bakterien und einigen
Viren enthalten.
Die Geschichte der DNA
Die Geschichte der DNA geht bis auf das Jahr 1866 zurück, als ein
österreichischer Mönch namens Gregor Mendel in Brünn durch Experimente mit
Erbsen die Regeln der Vererbung gefunden hatte. 1868 isolierte der junge
Schweizer Wissenschaftler Friedrich Miescher (1844-1895) eine neue Substanz
aus Zellkernen, die er Nukleinsäuren nannte. Dies war der Beginn der Genetik
als Wissenschaft. Beiden Entdeckungen wurde mehrere Jahrzehnte wenig
Beachtung geschenkt, bis 1900 Correns, Tschermak und deVries die
Mendelschen Regeln wiederentdeckten.
Um 1920 wurde nachgewiesen, daß die stark färbbaren Chromosomen des
Zellkerns DNA enthielten.
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Die molekulare Genetik begann eigentlich erst 1944, als Avery durch den
Transformationsversuch die Entdeckung machte, das die DNA Träger der
Erbinformation ist. Damals entstand auch eine neuer Zweig der Biologie, die
Molekularbiologie. 1958 gab es auch den ersten Nobelpreis in diesem Bereich
für Tatum, Beadle und Lederberg u.a. für die Erforschung der Erbinformation
bei Bakterien.
Die molekulare Struktur der DNA erkannte 1920 zunächst P.A. Levene, der die
grundlegende Zusammensetzung aus organischen Basen, Zucker und
Phosphorsäure nachwies. Die räumliche Struktur der DNA, also die
Doppelhelixstruktur, wurde 1953 von Watson und Crick aufgeklärt. Dafür
erhielten sie 1962 den Nobelpreis.
Watson-Crick-Avery
Der Aufbau der DNA
Die DNA ist eine von 4 verschiedenen Arten von Nukleinsäuren. Das sind
fadenförmige, lange, unverzweigte Ketten von Molekülen. Diese Nukleinsäuren
lassen sich auf wenige Grundbausteine zurückführen. Die DNA übertrifft
allerdings in der Kettenlänge viele andere Riesenmoleküle. Hier sind einige
Beispiele für die Größe von verschiedenen Makromolekülen:
Makromolekül
Proteine z. B. das Enzym Katalase
Kohlenhydrate wie Stärke
(Amylopektin/Amylose)
DNA Chromosom (Mensch)
Anzahl der Bausteine/Molekül
753 Aminosäuren
4000 Glucose-Einheiten
250 Millionen Nukleotide
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Die Bausteine der DNA nennt man Nukleotide, welche jeweils aus 3 Molekülen
bestehen:
einer organischen Base (B), einer Desoxyribose (=Zucker) und
Phosphorsäure (P). Man hat 4 verschiedene Basen in der DNA gefunden:
Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T).
Tausende dieser Nukleotide bilden einen Nukleinsäurefaden.
An jede Desoxyribose ist eine dieser vier Basen N-glykosidisch gebunden. Die
Abfolge der Basen kann beliebig variieren und stellt die eigentliche
Erbinformation dar. So ist es möglich, dass die DNA (trotz ihres einfachen
Baus) Träger von Information ist. Die Reihenfolge und Anzahl der Aminosäuren
nennt man Primärstruktur oder Aminosäurensequenz. Es stehen sich immer 2
Molekülstränge gegenüber, was als DNA-Doppelstrang bezeichnet wird.
Die einzelnen Nukleotide sind untereinander über Phosphatbrücken miteinander
verbunden.
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Aufgrund der speziellen Bauweise können sich nur ganz bestimmte
Kombinationen von Basen paaren, was in der Folge als Basenpaarung
bezeichnet wird. Es stehen sich immer Adenin - Thymin und Guanin - Cytosin
gegenüber, wobei zwischen Adenin und Thymin zwei Wasserstoffbrücken
existieren, zwischen Guanin und Cytosin jedoch drei.
Da es 4 verschiedene Basen gibt, kennt man 4 unterschiedliche Strukturformeln
der Nukleotide:
Auf der nächsten Seite ist das Nukleotid dAMP zu sehen, mit dem vollen
Namen 2 - Desoxy-Adenosin-Monophosphat. Man kann hier also ein DNANukleotid mit einer Adenin-Base sehen. Eine Verbindung von Base und Zucker
bezeichnet man als Nukleosid, also hier Adenosin. Adenin leitet sich vom Purin
ab.
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Die anderen Nukleotide unterscheiden sich demnach nur durch das Vorkommen
anderer Basen. Im folgenden sind alle Basen der DNA abgebildet. Das
Nukleotid mit Guanin nennt man 2-Desoxy-Guanosin-Monophosphat (dGMP).
Auch Guanin leitet sich vom Purin ab. Das Nukleosid heißt hier also Guanosin.
Das Nukleotid mit der Base Thymin heißt 2-Desoxy-Thymidin-Monophosphat
(dTMP), also heißt das Nukleosid Thymidin.
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Mit Cytosin heißt das Nukleotid demzufolge 2-Desoxy-Cytidin-Monophosphat
(dCMP), weshalb das Nukleosid Cytidin genannt wird.
Die Basen Cytosin und Thymin leiten sich vom aromatischen Heterozyklus
Pyrimidin ab, deshalb werden sie auch Pyrimidinbasen genannt im Unterschied
zu Adenin und Guanin als Purinbasen.
Diese Basen sind alle aromatische Heterozyklen, also Aromaten, die im Ring
statt C-Atome (C=Kohlenstoff) noch andere, in diesem Fall N-Atome
(N=Stickstoff) haben.
Die freien Elektronenpaare der N-Atome sorgen für die Basizität dieser Stoffe.
Die Sekundärstruktur:
Aufgrund der Wasserstoffbrücken, welche die Basenpaarung ermöglicht, besteht
eine Schraubung und Faltung der Aminosäurenkette, was als Sekundärstruktur
bzw. als α-helix-Struktur bezeichnet wird. Durch die Basenpaarung ergibt sich,
dass aus der Basenfolge des einen Strangs zwingend die Basenfolge im anderen
(komplementären) Strang bestimmt werden kann. Die einzelnen Nukleotide sind
untereinander über Phosphatbrücken miteinander verbunden (siehe DNAModell Seite 3).
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Die Kettenlängen der DNA verschiedener Organismen kann man der folgenden
Tabelle entnehmen:
Organismus
Hefe Chromosom 3
Escherichia coli (Bakterium) 1 DNA-Ring
größtes bekanntes Hefe-Chromosom
(1/99)
gesamtes Hefe-Genom
kleinstes menschliches Chromosom (Y)
größtes menschliches Chromosom (1)
gesamtes menschliches Genom (ein
Genom bezeichnet die Gesamtheit der
Erbanlagen eines Lebewesens)
Bausteine
350 Tausend
4.6 Millionen
5.8 Millionen
15 Millionen
50 Millionen
250 Millionen
3 Milliarden
GFS in PF Chemie, 12/1, Guntram Proß, 19.1.05