Dienstag, 18. März 2014

Allgemeines über die DNA

DNA (deoxyribonucleic acid) = DNS (Desoxyribonukleinsäure)

Aufbau und Aussehen der DNA


Unser Körper besteht aus Zellen. In (fast) jeder dieser Zellen befindet sich ein Zellkern, der unsere DNA beherbergt. Die DNA ist ein doppelsträngiges, helixförmiges Molekül, das sich aus bestimmten Bausteinen zusammensetzt.  

 
Quelle: [1]

Diese Bausteine werden Nucleotide genannt. Nucleotide wiederum setzen sich jeweils aus einer Base, einem Zucker und einer Phosphatgruppe zusammen. Die über die Phosphatgruppen miteinander verbundenen Zucker bilden das Rückgrat des Moleküls. Die Basen stellen die Verbindung zwischen den beiden DNA Einzelsträngen her und verlaufen somit in der Mitte des Moleküls. Jeweils eine Base ist an jeweils einem Zucker des Rückgrats gebunden.  

Die Sequenz der Basen, d.h. die Reihenfolge der Basen entlang des Stranges, trägt die genetische Information. Das Rückgrat des Moleküls hat eine strukturgebende Funktion.


http://de.wikipedia.org/wiki/Nukleotide
Quelle: [2]

Nucleosid: eine Einheit aus einem Zucker und einer Base.
Nucleotid: ist ein Nucleosid, das mit mind. einer Phosphatgruppe verbunden ist. 


Quelle: [3]


Desoxyribose wird der Zucker genannt, an dem die Base in der DNA (Desoxyribonucleinsäure) gebunden ist. 

Die Ribose ist der Zucker, an dem die Base in der RNA (Ribonucleinsäure) gebunden ist.

Der Unterschied der beiden Zucker befindet sich am 2' Kohlenstoffatom (C-Atom): bei der Ribose ist hier ein OH, bei der Desoxyribose nur ein H (desoxy --> der Sauerstoff fehlt) gebunden.

Die Rolle der beiden Zucker innerhalb eines Nucleotids: 
Am 1' C-Atom des Zuckers wird die Base, am 5' C-Atom der Phosphatrest angehängt.



Die Basen der DNA


Quelle: [4]

Die Basen der DNA sind: Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin
Adenin und Guanin sind Purinbasen, d.h. ihr Grundgerüst entspricht der Struktur eines Moleküls namens Purin.
Cytosin und Thymin sind Pyrimidinbasen, d.h. ihr Grundgerüst entspricht der Struktur eines Moleküls namens Pyrimidin.

Die Basen der jeweiligen DNA Einzelstränge sind zueinander komplementär. Das bedeutet, dass die Basenpaarung nur nach folgenden Regeln verläuft (=spezifische Basenpaarung):
Adenin kann nur mit Thymin und umgekehrt paaren. d.h.:  A-T oder T-A
Guanin kann nur mit Cytosin und umgekehrt paaren. d.h.: G-C oder C-G


Quelle: [5]

Die Basenpaare werden über Wasserstoffbrücken zusammengehalten. Adenin und Thymin paart sich unter Ausbildung von zwei Wasserstoffbrücken, Guanin und Cytosin unter der Ausbildung von drei Wasserstoffbrücken.

Aufgrund der spezifischen Basenpaarung kann, wenn die beiden Stränge der DNA voneinander getrennt werden, jeder Strang als Vorlage für den komplementären zweiten Strang dienen.  

Beispiel: Sequenz des 1. Einzelstrangs:  5'---ATCGAGCT---3'    
daraus folgt Sequenz des 2. Einzelstrangs: 3'---TAGCTCGA---5'


DNA Verpackung


Innerhalb des Zellkerns (=Nucleus) kann die DNA in unterschiedlichen Organisationsstufen vorliegen. Die Organisationsstufen zeichnen sich durch verschiedene Verpackungsdichten der DNA aus. 

Quelle: [6]
Quelle: [7]
  •  2nm: DNA  
  • 11nm: DNA + Nucleosomen (aus Histonen gebildet); "beads on a string" (Perlschnur) Struktur 
  • 30nm: "solenoid" Struktur 
  • 120-300nm: Schlaufen werden gebildet 
  • zwei 700nm breite Chromatiden ergeben ein 1700nm breites Chromosom. 
Die DNA assoziiert mit Nucleosomen wird Chromatin genannt.



Der menschliche Zellkern enthält 46 Chromosomen (=23 Chromosomenpaare). Jedes Chromosom besteht aus einem DNA Molekül. Somit ist eine enorme Leistung erforderlich alle DNA Moleküle in einem Zellkern unterzubringen.  

Metaphasenchromosom: Hierbei handelt es sich um die allseits bekannten Chromosomen. Diese Verpackungsstufe der DNA ist für den Verlauf der Mitose und der Meiose besonders wichtig. 


Zusatzinfos


  • Die DNA dient des Weiteren als Vorlage für die Replikation und die Transkription. Als Folge der Transkription entsteht eine mRNA, die als Vorlage für die Translation dient.
Quelle: [8]
  
  • Das DNA Molekül ist aufgrund ihrer Phosphatgruppen negativ geladen. 
  • Jeder DNA Einzelstrang besitzt ein 5' und ein 3' Ende (sprich: fünf Strich und drei Strich Ende). Das 5' Ende des Strangs endet mit einem Phosphatrest. Das 3' Ende des Strangs endet mit der 3' OH Gruppe des Zuckers Desoxyribose. Während einer DNA Synthese durch DNA Polymerasen können neue Nucleotide nur an das 3' OH Ende angehängt werden. Eine DNA wächst somit immer vom 5' Ende Richtung 3' Ende  (5' --> 3').
 
Quelle: [9]


  •  A, T, G und C sind Stickstoffbasen.
  • DNA absorbiert UV-Licht aufgrund ihrer aromatischen Basen. UV-Licht kann zu Veränderungen (Mutationen) der DNA führen.



[1]: http://www.tgg-leer.de/projekte/genetik/dna2/dna2.html
[2]: http://de.wikipedia.org/wiki/Nukleotide
[3]: Stryer Biochemie. 6. Auflage 2007, Spektrum Akademischer Verlag. S.118, Abb.4.2
[4]: Stryer Biochemie. 6. Auflage 2007, Spektrum Akademischer Verlag. S.119, Abb.4.4
[5]: Stryer Biochemie. 6. Auflage 2007, Spektrum Akademischer Verlag. S.123, Abb.4.12
[6]: Linder Biologie. 2. Auflage 2009, Verlag E. Dorner. S.15, Abb.15.1
[7]: Introduction to Genetic Analysis. 10th edition, W.H. Freeman and Company. p.7, Fig.1-9
[8]: Lehninger Biochemie. 4. Auflage 2011, Springer-Verlag. S.1388, Abb.26-32
[9]: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_chemical_structure.svg

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