DNA: Die Grundlage des Lebens - Struktur, Replikation & Funktion

DNA. Die Zelle ist die kleinste, handlungsfähige und autonome Einheit eines lebenden Organismus. Trotz der vielen Unterschiede im Aussehen und der Funktion verschiedener Lebewesen enthalten alle Zellen Informationen, die in DNA-Molekülen codiert sind. Diese Informationen steuern die Aktivität der Zelle, sorgen für ihre Vervielfältigung und die Weitergabe von Merkmalen an die Nachkommen (Vererbung). Die Chemie des lebenden Organismus wird von chemischen Verbindungen dominiert, die aus großen Molekülen oder Makromolekülen bestehen, welche durch die Verkettung kleinerer Untereinheiten entstehen. Die Eigenschaften dieser chemischen Verbindungen ermöglichen es Zellen und Organismen zu wachsen und sich zu reproduzieren. Die wichtigsten Arten von Makromolekülen sind Polysaccharide (bestehend aus Kohlenhydrat-Untereinheiten), Proteine (aus Ketten von Aminosäuren) und Nukleinsäuren, wie Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA), die aus Nukleotid-Untereinheiten bestehen. Ein DNA-Nukleotid besteht aus einem Desoxyribose-Zucker-Molekül, einem Phosphorsäuremolekül und einer stickstoffhaltigen Base, die entweder ein Purin (Adenin (A) oder Guanin (G)) oder ein Pyrimidin (Thymin (T) oder Cytosin (C)) sein kann. Im RNA-Molekül ist der Zucker Ribose, und anstelle von Thymin tritt Uracil (U) auf. Die primäre Struktur der DNA ermöglicht die Verknüpfung von Nukleotiden ohne Einschränkungen in der Reihenfolge, wodurch lange Polynucleotidketten entstehen. Darüber hinaus bildet sich eine Doppelhelix-Sekundärstruktur aus zwei antiparallelen Polynucleotidketten. Vor der Zellteilung wird das genetische Material einer eukaryotischen Zelle in das Chromatin verpackt und während der Zellteilung in Chromosomen sichtbar, die als separate Strukturen aus DNA und Proteinen erscheinen.

Die DNA in jedem Chromosom ist ein einzelnes, sehr langes Molekül, das in funktionelle Einheiten, die Gene, unterteilt ist. Die Genetik ist die Wissenschaft, die sich mit einzelnen Genen und ihren Auswirkungen befasst. Das Gen ist die Einheit der Information (genetische Information), die von der Mutterzelle weitergegeben wird und die Anweisung zur Herstellung von Proteinen enthält. Das DNA-Molekül enthält stabile, biologisch nützliche Informationen. Die Replikation ermöglicht die unveränderte Weitergabe von Zelle zu Zelle und von Generation zu Generation durch einfache Übersetzung von Nachrichten. Gelegentlich treten jedoch Variationen auf, was angesichts der biologischen Notwendigkeit der organischen Entwicklung und der Produktion neuer Genotypen, auf die die natürliche Selektion wirken kann, paradox erscheint. Die Struktur der DNA ermöglicht sowohl Mutation als auch Rekombination. Die Doppelhelixstruktur der DNA ist sehr stabil und ermöglicht aufgrund der uneingeschränkten Sequenzierung der Nukleotidbasen in ihrer ursprünglichen Struktur eine effiziente Speicherung von Informationen. Die Spezifität der DNA-Information wird durch die wiederholte Anordnung der vier Nukleotidbasen im DNA-Strang ausgedrückt, die durch eine Verschlüsselung auf der Grundlage der Sequenzierung der vier Buchstaben der Datenbanken dargestellt wird, z. B. AAGCTTTGCAGGATCC. Die Doppelstrangstruktur der DNA ermöglicht eine exakte Replikation durch einfache Trennung der beiden Stränge und Synthese der komplementären Stränge. Die lineare Struktur ermöglicht ein einfaches sequentielles Ablesen vom Ende der DNA-Region, das übersetzt werden kann. Gelegentliche Änderungen in einzelnen Basen oder das Entfernen oder Einfügen von Basen in einer bestimmten Reihenfolge können Mutationen verursachen. Der Austausch von DNA-Segmenten zwischen verschiedenen Chromosomen kann zu Rekombination oder dem Austausch von genetischer Information führen. Während die DNA die Trägerin der Erbinformation und der Anweisungen für die Zelle zur Proteinproduktion ist, stellt die RNA sicher, dass diese Anweisungen ausgeführt werden.