Aufbau der DNA

DNA Doppelhelix
Aufbau der DNA
Eine Zelle ist die kleinste lebende Einheit. Sie kann
wachsen und sich vermehren und gibt dabei ihren
Nachkommen dieselbe Information mit, die sie selbst in
sich trägt. Dadurch sind ihre Nachkommen ebenfalls in
der Lage zu wachsen und sich zu vermehren.
Eine wichtige Rolle bei der Informationsspeicherung
und der Informationsweitergabe spielt die DNA.
Aufbau der DNA
Die DNA ist der Speicher der Erbinformation jeder Zelle.
Sie enthält den Bauplan sämtlicher Proteine, die ein
Organismus bilden kann. Dazu gehören zum Beispiel
die Enzyme, ohne die keine chemische Reaktion in
einem Lebewesen stattfinden könnte. Auch beim
Ablesen der genetischen Information spielen Enzyme
eine entscheidende Rolle, ebenso wie bei sämtlichen
Reparatur- und Vervielfältigungsmechanismen.
Aufbau der DNA
Die DNA ist ein polymeres Molekül. Die Grundbausteine
der DNA sind die sogenannten Nucleotide, die sich aus
einer Phosphatgruppe, einem Zuckerteil und einer
organischen Base zusammensetzen. Im Fall der DNA
handelt es sich bei dem Zucker um die Desoxyribose,
daher auch der Name DNA von deoxyribonucleic acid,
der Desoxyribonucleinsäure. Im deutschen Sprachraum
wird manchmal auch die Bezeichnung DNS verwendet,
international ist aber DNA gebräuchlich. Im Unterschied
zur DNA enthält die RNA Ribose als Zuckerrest.
Nucleotide- Zucker
Nucleotide sind die Bausteine der
DNA und der RNA. Sie setzen sich
aus
einer
oder
mehreren
Phosphatgruppen, einem Zucker
und einer organischen Base
zusammen.
Bei dem Zucker handelt es sich im
Fall der DNA um Desoxyribose, im
Fall der RNA um Ribose.
CH2OH
OH
O
H
H
H
H
H
OH
Desoxyribose
CH2OH
OH
O
H
H
H
H
OH
OH
Ribose
Nucleotide – Basen
Die organische Base kann eine
Purinoder
eine
Pyrimidin
Grundstruktur besitzen. Zu den
Pyrimidinbasen zählen Cytosin,
Thymin und Uracil, zu den
Purinbasen Adenin und Guanin. In
den Nucleinsäuren kommen jeweils
nur vier dieser fünf Basen vor:
Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin
in der DNA und Adenin, Uracil,
Cytosin und Guanin in der RNA.
N
N
N
H
N
Purin
N
N
Pyrimidin
komplementären Basenpaare
Bei der DNA handelt es sich um ein langes, fadenförmiges Molekül.
Die räumlichen Struktur der DNA ist eine Doppelhelix, wie James
D. Watson und Francis H. Crick 1953 postulierten. Das
Grundgerüst der DNA ist eine Kette aus sich wiederholenden
Zucker - Phosphat - Gruppen mit variablen Seitenketten, den
Basen. Die beiden DNA - Stränge werden durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den sogenannten komplementären
Basen zusammengehalten. Die komplementären Basenpaare sind
Adenin und Thymin (A - T) und Cytosin und Guanin (C - G). Diese
Komplementarität der Basen bewirkt nicht nur die räumliche
Struktur der DNA, sie ist auch von grundlegender Bedeutung für
Replikation (DNA - Synthese), Transkription (Abschreiben der
Information von DNA auf RNA) und Translation (Übersetzung der
Information von der DNA - Sprache in die Proteinsprache).
Thymin
Adenin
H
H3C
N
N
H
H
O
H
N
N
N
N
Wasserstoffbrückenbindungen
H
N
O
Desoxyribose
Desoxyribose
komplementären Basenpaare
Die Doppelhelix der DNA wird durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten. Adenin und Thymin bilden ein Basenpaar.
Zwischen ihnen können sich 2 Wasserstoffbrückenbindungen
ausbilden.
H
H 3C
H
O
N
H
N
N
N
N
D
N
N
O
D
T
A
O
5'
O
N
O
CH2 O
H
N
`5
OH
N
N
H
N
N
Guanin N
H
3'
O
3'
N
H
O
Cytosin
O
O
H
O
H3C
P
O
H
5'
CH2 O
N
N
O
N
Adenin
CH2 O
O
5'
CH2
H
O-
P
H
O
H
N
O
N
5
N
5'
3'
N
N
O
-O
O
O
O
P
N
N
O
Thymin
3'
O
H
O
P
N
O
-O
5' CH2
O
3'
N
N
N
O
H
N
O
5' CH2
-
-
OH
O
P
N
O
O
5'
CH2 O
O
H
N
N
H
N
`5
OH
N
N
Guanin N
H
3'
O
3'
N
H
O
Cytosin
O
O
H
O
H3C
P
O
H
5'
N
CH2 O
Adenin
N
H
O
N
H
N
O
5'
CH2
OO
N
O
3'
N
N
N
O
O
3'
P
5
CH2 O
H
O
N
Cytosin
3'
-
N
H
O
5'
O
O
P
-O
H
Guanin
5' CH2
O
O
-
P
O
O
O
P
H
O
O
5'
O
N
N
O
Thymin
O
-
N
N
3'
O
H
O
P
N
O
-O
5' CH2
CH2 O
N
N
H
O
H
N
N
N
N
3'
Adenin
OH
CH3
6
3'
N
O
Thymin
O
5' CH2
O
O
P
-O
O
-
Cytosin
Guanin
H
N
O
H
N
H
N
N
N
N
H
N
O
H
Wasserstoffbrückenbindungen
Desoxyribose
H
N
H
Desoxyribose
komplementären Basenpaare
Das andere Basenpaar bilden Guanin und Cytosin. Zwischen ihnen bestehen 3
Wasserstoffbrückenbindungen. Entsprechend binden Guanin und Cytosin auch fester
aneinander als Adenin und Thymin. Wird die DNA einer Wärmebehandlung
unterzogen, öffnen sich zuerst die Wasserstoffbrücken zwischen Adenin und Thymin.
Für die DNA - Verdoppelung
H
(Replikation) ist es wichtig, dass
sich die Stränge voneinander
N H
O
N
lösen. Auch dies geschieht in den
AT - reichen Sequenzen leichter
als in GC - reichen. Gene, die
N
H
N
N
sehr
häufig
und
schnell
D
abgelesen werden müssen, die
N
N
also sehr transkriptionsaktiv sind,
D
H N
liegen aus diesem Grund meist in
O
AT - reichen Sequenzen der
H
DNA.
C --- G
N
P
O
-O
N
5' CH2 O
N
Adenin
N
H
O
N
H
N
N
3'
N
H
O
N
H
Guanin
5' CH2
P
O
N
N
H
O
H
N
6
N
N
O
O
H
CH2 O
O-
O
O
O
5'
CH2
N
Cytosin
P
O
5'
O
N
O
O
O
P
5
CH2 O
3'
-
3'
H
O
5'
O
O
P
-O
N
N
O
Thymin
O
O
H
N
3'
-
O
CH3
O
-
-
OH
O
P
N
O
O
5'
CH2 O
O
H
N
N
H
N
`5
OH
N
N
Guanin N
H
3'
O
3'
N
H
O
Cytosin
O
O
H
O
H3C
P
O
H
5'
N
CH2 O
Adenin
N
H
O
N
H
N
O
5'
CH2
OO
N
O
3'
N
N
N
O
O
3'
P
5
CH2 O
H
O
N
Cytosin
3'
-
N
H
O
5'
O
O
P
-O
H
Guanin
5' CH2
O
O
-
P
O
O
O
P
H
O
O
5'
O
N
N
O
Thymin
O
-
N
N
3'
O
H
O
P
N
O
-O
5' CH2
CH2 O
N
N
H
O
H
N
N
N
N
3'
Adenin
OH
CH3
6
3'
N
O
Thymin
O
5' CH2
O
O
P
-O
O
-