Nukleinsäuren: DNA & RNA einfach erklärt – Struktur, Funktion und Replikation

Nukleinsäuren: Speicherung und Übertragung genetischer Information

Nukleinsäuren sind Makromoleküle, die durch die Vereinigung mehrerer einfacher Einheiten, genannt Nukleotide, gebildet werden.

Bestandteile der Nukleotide

Ein Nukleotid (die Kette von Nukleotiden) besteht aus:

• Kohlenhydrat (Pentose): Ribose in RNA, Desoxyribose in DNA.
• Phosphat (P)
• Stickstoffbasen (BN): Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C), Thymin (T) und Uracil (U).

Unterschiede zwischen DNA und RNA

Die Hauptunterschiede liegen in der Pentose und den enthaltenen Basen:

• DNA (Desoxyribonukleinsäure): Enthält Desoxyribose als Pentose und die Basen A, G, C, T.
• RNA (Ribonukleinsäure): Enthält Ribose als Pentose und die Basen A, G, C, U.

Desoxyribonukleinsäure (DNA)

Die DNA enthält die genetische Information, die für die Funktion und Entwicklung eines Lebewesens notwendig ist. Ihre Eigenschaften:

• Sie bildet eine Doppelhelix.
• Die beiden Stränge sind antiparallel.
• Die Stränge sind über Wasserstoffbrückenbindungen verbunden und komplementär (A paart sich mit T, G paart sich mit C).

Ribonukleinsäure (RNA)

RNA ist an der Expression der DNA beteiligt, da sie die Informationen für die Proteinsynthese enthält. In eukaryotischen Zellen findet man sie im Zellkern und im Zytoplasma. Sie besteht aus einer einzelnen Kette von Nukleotiden. Die Typen sind:

• mRNA (messenger RNA): Transportiert Informationen von der DNA zu den Ribosomen.
• rRNA (ribosomale RNA): Bildet die Struktur der Ribosomen.
• tRNA (transfer RNA): Bindet Aminosäuren und transportiert sie zu den Ribosomen.

Replikation der DNA

Die Replikation findet während der Zellteilung statt. Es handelt sich um einen konservativen Typ, bei dem jeder neue Doppelstrang eine ursprüngliche und eine neu synthetisierte Kette behält.

Der Prozess der Replikation:

1. Die Wasserstoffbrückenbindungen werden gelöst und die beiden DNA-Filamente trennen sich.
2. Jedes Einzelstrang dient als Vorlage für die Synthese einer neuen komplementären Kette. Enzyme lesen die Vorlage und kombinieren die komplementären Nukleotide.
3. Es bilden sich neue Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen der neuen Stränge.

Gen und Charakter

Ein Gen ist ein DNA-Abschnitt, der die genetische Information für ein bestimmtes Merkmal enthält. Charaktere sind die Merkmale, die ein Lebewesen von einem anderen unterscheiden.

Mutationen

Mutationen sind zufällige Veränderungen in der DNA eines Organismus.

(Anmerkung: Die genannten Beispiele wie S/S Turner/S. Patau/S. Edward beziehen sich auf chromosomale Anomalien/Syndrome.)

Proteinsynthese

Der Prozess läuft wie folgt ab: DNA (Transkription zu RNA) $\rightarrow$ Translation $\rightarrow$ Polypeptidkette (bestehend aus vielen Aminosäure-Monomeren, die Proteine bilden).

Transkription und Translation

• Transkription: Kopieren der genetischen Information, die in einem DNA-Molekül enthalten ist, in ein mRNA-Molekül.
• Translation: Übersetzung der mRNA-Botschaft in die „Sprache der Proteine“.

Biotechnologie und Gentechnik

Biotechnologie: Die Nutzung von Lebewesen, um Produkte von Interesse für den Menschen zu gewinnen.

Transgene Organismen: Organismen, deren Genom durch Gene aus anderen Organismen verändert wurde.

Gentechnik (Engineering): Die gezielte Manipulation der DNA eines Organismus, um ein praktisches Ziel zu erreichen.

Rekombinante DNA: Künstlich synthetisierte DNA.

Die Manipulation von Genen erfordert spezifische Werkzeuge wie: Restriktionsenzyme, Vektoren und DNA-Ligase.