Nukleinsäuren: Aufbau und Funktion von DNA und RNA

Nukleotide bestehen aus einer Phosphatgruppe (bestehend aus Phosphor und Sauerstoff), einem Zucker (einem Glucosid aus fünf Kohlenstoffatomen, entweder Ribose oder Desoxyribose) und einer stickstoffhaltigen Base: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C), Thymin (T) oder Uracil (U). Die Nukleotide werden in langen Ketten oder Polynukleotiden miteinander verbunden.

Arten von Nukleinsäuren

Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren: Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA).

Desoxyribonukleinsäure (DNA)

Die DNA enthält die Erbinformationen, die für den Betrieb und die Entwicklung eines Lebewesens notwendig sind.

Eigenschaften der DNA

Jedes Molekül wird von zwei langen Ketten aus Polynukleotiden gebildet, die spiralförmig um eine imaginäre Achse verlaufen und eine Doppelhelix bilden. Die beiden Ketten sind antiparallel angeordnet. Diese Ketten werden durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten, die sich zwischen den stickstoffhaltigen Basen der beiden Stränge etablieren: Adenin paart sich mit Thymin und Guanin mit Cytosin.

Expression genetischer Information

Proteine sind Moleküle, die sich aus der Kombination von Monomeren, den Aminosäuren, zusammensetzen. Es gibt zwanzig verschiedene Aminosäuren; in jedem Protein ist ihre Anzahl und Reihenfolge unterschiedlich. Die in der DNA enthaltene Information ist in Form von Tripletts organisiert. Ein Gen synthetisiert nicht direkt ein Polypeptid; die in der DNA als Triplett enthaltene genetische Information muss entschlüsselt werden.

Entschlüsselung (Decoding)

Transkription der Botschaft: Dies ist der Prozess, bei dem die in der DNA enthaltene genetische Information in ein Molekül, die mRNA, kopiert wird. In Eukaryoten findet die Transkription im Zellkern statt. Die DNA-Doppelhelix wird geöffnet, und einer ihrer Stränge dient als Vorlage, um die mRNA zu synthetisieren.

Translation der Nachricht: Hierbei wird die in der mRNA enthaltene Nachricht in die Sprache der Proteine übersetzt. Die mRNA überträgt die Information aus dem Zellkern in das Zytoplasma, wo die Ribosomen die Information lesen. Diese Information liegt in Form von Tripletts vor, die Codons genannt werden.

Ribonukleinsäure (RNA)

Die RNA ist an der Expression der in der DNA enthaltenen Informationen beteiligt, indem sie die Synthese von Proteinen vermittelt, welche die Lebensvorgänge von Organismen regulieren. In eukaryotischen Zellen befindet sich die RNA im Zellkern und im Zytoplasma.

Typen von RNA

• Boten-RNA (mRNA): Kopiert die DNA-Informationen und transportiert sie zu den Ribosomen.
• Ribosomale RNA (rRNA): Bildet zusammen mit Proteinen die Ribosomen.
• Transfer-RNA (tRNA): Nimmt Aminosäuren auf und transportiert sie zum Ribosom zur Bildung von Proteinen.

DNA-Replikation

Die DNA hat die Fähigkeit zur Replikation, sie kann also Kopien von sich selbst erstellen. Die Replikation ermöglicht es den Zellen, die gleiche Erbinformation wie die Mutterzelle zu erhalten. Die DNA-Replikation erfolgt am Ende der Interphase.

Prozesse der Replikation

1. Die Replikation beginnt mit dem Aufbrechen der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den stickstoffhaltigen Basen, wodurch die beiden Ketten getrennt werden. Die beiden Stränge beginnen sich zu entrollen.
2. Jeder Strang dient als Vorlage für die Synthese eines komplementären Strangs. Wenn sie getrennt sind, werden die Informationen gelesen und komplementäre Nukleotide zusammengefügt.
3. Während sich die neuen Ketten bilden, entstehen wieder Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen, und die Fäden werden aufgerollt. Das Ergebnis sind zwei identische DNA-Moleküle, die dem ursprünglichen Molekül entsprechen.

Genetischer Code

Während der Translation interpretiert das Ribosom die Botschaft der mRNA. Jedes tRNA-Molekül trägt eine bestimmte Aminosäure und besitzt ein Triplett von Nukleotiden, das Anticodon genannt wird. Die tRNA-Moleküle lagern sich an die Polypeptidkette an, die während der Bildung der Aminosäuren entsteht, entsprechend der Reihenfolge der Codons der mRNA. Der Zusammenhang zwischen mRNA-Codons und den Aminosäuren, die Proteine bilden, wird genetischer Code genannt. Der genetische Code ist universell, sodass er für alle Lebewesen gleich ist. Es gibt 64 Codons. Das AUG-Codon dient als Startsignal für die Translation.