Grundlagen der Genetik: DNA, RNA und Replikation

1.1. Arten von Nukleinsäuren

• DNA: Enthält die Pentose Desoxyribose sowie die stickstoffhaltigen Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin.
• RNA: Enthält Ribose als Pentose sowie die stickstoffhaltigen Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil.

1.3. Desoxyribonukleinsäure (DNA)

Die DNA enthält alle genetischen Informationen, die für den Betrieb und die Entwicklung eines Lebewesens notwendig sind. In den meisten eukaryotischen Organismen befindet sich die DNA im Zellkern als Chromatin oder Chromosomen; zudem gibt es DNA in den Mitochondrien und Chloroplasten. Ihre Struktur wurde von Crick und Watson entschlüsselt.

Eigenschaften der DNA:

• Jedes Molekül besteht aus zwei Polynukleotidketten, die eine Doppelhelix bilden. Pentose und Phosphatgruppe bilden das äußere Skelett, während die stickstoffhaltigen Basen nach innen gerichtet sind.
• Die beiden Ketten sind antiparallel angeordnet, verlaufen also in entgegengesetzte Richtungen.
• Die Ketten werden durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten. Sie sind komplementär: Adenin paart sich immer mit Thymin und Guanin mit Cytosin.

1.4. Ribonukleinsäure (RNA)

Die RNA ist an der Umsetzung der in der DNA enthaltenen genetischen Information bei der Proteinsynthese beteiligt, welche die meisten Lebensprozesse eines Organismus steuert. In eukaryotischen Zellen ist die RNA im Zellkern und Zytoplasma lokalisiert und besteht aus einer einzelnen Polynukleotidkette.

RNA-Typen:

• Messenger-RNA (mRNA): Kopie der genetischen Information aus der Kern-DNA und Transport zu den Ribosomen.
• Ribosomale RNA (rRNA): Verbindet sich mit Proteinen zu Ribosomen, an denen die Proteinsynthese stattfindet.
• Transfer-RNA (tRNA): Bindet und transportiert Aminosäuren zum Ribosom, um Proteine zu bilden.

2. DNA-Replikation

Die Replikation stellt sicher, dass die entstehenden Tochterzellen bei der Mitose die gleiche Erbinformation wie die Mutterzelle erhalten. Sie findet am Ende der Interphase statt und erfordert Nukleotide sowie eine Reihe von Enzymen, die den Prozess kontrollieren.

Prozess:

1. Die Wasserstoffbrücken zwischen den Stickstoffbasen der beiden Stränge werden gelöst, und die Stränge beginnen sich zu entspannen.
2. Spezifische Enzyme lesen die Informationen der getrennten Stränge und fügen komplementäre Nukleotide hinzu.
3. Während sich die neuen Ketten bilden, entstehen Wasserstoffbrücken zwischen den Basen. Das Ergebnis sind zwei identische DNA-Moleküle, die jeweils aus einem alten und einem neuen Strang bestehen.

Der Prozess ist semikonservativ, da jede neue Helix einen ursprünglichen Strang und eine neue Kette behält. Es gibt zelluläre Reparaturenzyme, die falsch gepaarte Nukleotide erkennen, entfernen und durch die richtigen ersetzen.

13. Das Human-Genom-Projekt

Das Hauptziel war die Bestimmung der Nukleotid-Reihenfolge in den DNA-Sequenzen der menschlichen Chromosomen. Weitere Ziele waren:

• Identifizierung aller menschlichen Gene und deren Position auf den Chromosomen.
• Sequenzierung jedes Gens zur Bestimmung der Nukleotidabfolge.
• Bestimmung der Funktion der einzelnen Gene.