Biologische Funktion und Struktur der DNA erklärt

Biologische Funktion der DNA

Die DNA ist der Speicher der genetischen Information und das Molekül, das für die Übertragung der notwendigen Anweisungen zum Aufbau aller Proteine in einem Lebewesen auf die Nachkommen verantwortlich ist. Sie besitzt die Fähigkeit, Kopien von sich selbst durch einen Mechanismus namens Replikation zu erstellen, der auf der Komplementarität zwischen den stickstoffhaltigen Basen der beiden DNA-Stränge basiert.

Die DNA in Eukaryonten, Prokaryonten und Viren

In beiden Zelltypen kann DNA viele Formen annehmen und auf allen Ebenen der Komplexität vorliegen:

• Prokaryonten: Es gibt ein ringförmiges DNA-Molekül (geschlossene Enden), das als bakterielles Chromosom bezeichnet wird. Manchmal enthält es kleinere ringförmige Moleküle, sogenannte Plasmide.
• Eukaryonten: Die DNA befindet sich im Zellkern und bildet lange, lineare Moleküle, die mit einfachen Proteinen assoziiert sind. Jedes DNA-Molekül bildet einen Faden; die Gesamtheit dieser Fasern wird als Chromatin bezeichnet. Wenn sich die Zelle teilt, verdichtet sich jede Chromatinfaser zu Chromosomen. Der größte Teil der DNA eukaryotischer Zellen befindet sich im Kern, sie kommt jedoch auch in Mitochondrien und Chloroplasten vor.
• Viren: Die DNA kann verschiedene Formen annehmen. Viren enthalten ein einzelnes Molekül, das einzelsträngig oder doppelsträngig sowie linear oder kreisförmig sein kann.

Struktur und Funktion der RNA

RNA ist mit Ausnahme einiger Viren einzelsträngig. Es gibt Bereiche, in denen sich einzelsträngige Moleküle zu sogenannten Haarnadelstrukturen falten. RNA dient als Vorlage und zur Übertragung genetischer Information. Es gibt verschiedene Arten von RNA mit gleicher chemischer Zusammensetzung, aber unterschiedlicher Struktur und Funktion.

Struktur der DNA

DNA ist ein lineares Polymer aus Desoxyribonukleotiden, die aus Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin bestehen. Wie bei Proteinen weist die DNA unterschiedliche strukturelle Komplexitätsstufen auf: Primär-, Sekundär- und manchmal Tertiärstruktur.

Primärstruktur

Die Kette verläuft in 5'-3'-Richtung. Der DNA-Strang hat zwei freie Enden: das 5'-Ende mit der Phosphatgruppe und das 3'-Ende mit einer Hydroxylgruppe. Nukleotidketten unterscheiden sich in Größe, Zusammensetzung und Basensequenz. Ein spezifischer Teil der DNA, der die Informationen für die Aminosäuresequenz eines Proteins enthält, wird als Gen bezeichnet.

Sekundärstruktur: Das Modell von Watson und Crick

Die räumliche Struktur der DNA wurde 1953 von Watson und Crick entschlüsselt. Sie nutzten die Arbeit über stickstoffhaltige Basen und die Röntgenbeugung als Grundlage:

• Das DNA-Molekül ist lang und steif.
• Die Purinbasen entsprechen in ihrem Anteil den Pyrimidinbasen (Adenin entspricht Thymin, Cytosin entspricht Guanin).
• Die DNA-Doppelhelix hat einen Durchmesser von 2 nm und ähnelt einer Wendeltreppe, bei der die stickstoffhaltigen Basen die Stufen und Zucker sowie Phosphorsäure die Geländer bilden.
• Die Wicklung ist rechtshändig (im Uhrzeigersinn) und plectonemisch (die beiden Ketten sind ineinander verschlungen).
• Der Abstand zwischen den Basenpaaren beträgt 0,34 nm.
• Die beiden Ketten sind antiparallel (5'-3' und 3'-5') und ergänzen einander.