Was ist die DNA
DNA ist die Abkürzung für den englischen Begriff deoxyribonucleic acid. Die Desoxyribonukleinsäure oder DNS ist ein langes fadenförmiges Molekül, das aus Nukleinsäure besteht. Sie kommt in Lebewesen sowie in DNA-Viren vor und beinhaltet Ihre Erbinformationen. Bei einem Experiment mit Bakterien entdeckte Oswald Avery 1943, dass sich das Erbgut in der DNA befindet. Francis Crick, Maurice Wilkins und James Watson fanden 1953 heraus, dass die Desoxyribonukleinsäure aus einem Doppelstrang besteht. Für die Entdeckung der sogenannten Doppelhelix erhielten die Forscher 1962 den Nobelpreis.
Wie setzt sich die DNA zusammen?
Die Desoxyribonukleinsäure liegt im normalen Zustand als Doppelhelix vor. Die Nukleinsäure ist ein langes Kettenmolekül. Es besteht aus einzelnen Nukleotiden. Die DNA besitzt am äußeren Rand zwei Stränge. An diesen wechseln sich Phosphatreste und Desoxyribose (Zucker) ab. Letztere ermöglicht das Andocken von Basen. Dazu zählen Thymin, Guanin, Cytosin und Adenin. Guanin und Cytosin sowie Adenin und Thymin liegen jeweils in einem Verhältnis von 1 : 1 vor. Zwischen ähnlichen Basen bilden sich Wasserstoffbrücken. Thymin und Adenin bilden jeweils zwei Wasserstoffbrücken. Cytosin und Guanin jeweils drei.
Auf diese Weise entsteht die Sprossenleiterstruktur. Die Basen stellen darin die Sprossen dar, während Zucker und Phosphatreste die äußere Begrenzung schaffen. Die klassische Doppelhelix entsteht durch zwei sich umeinander windende Einzelstränge der DNA. Nukleotide bestehen aus einem Phosphatsäurerest, einer organischen Base und der Pentose (einfacher Zucker). Guanin und Adenin sind Purine. Cytosin und Thymin sind Pyrimidine.
Die Pentose ist ein Monosaccharid mit fünf Kohlenstoffatomen. Die C-Atome erhalten eine Nummerierung von eins bis fünf. Am ersten Kohlenstoffatom lagert sich die entsprechende Base an. Am fünften C-Atom dockt der Phosphorsäurerest an die Pentose an. Viele Nukleotide werden zu einem Polynukleotidstrang. Damit die Doppelhelix entsteht, verbindet sich die Pentose des dritten Kohlenstoffatoms mit dem Zucker am fünften Kohlenstoffatom. Dadurch entstehen zwei Enden an jedem Polynukleotidstrang: Ein 3’Ende und ein 5’Ende. Neue Nukleotide lagern sich ausschließlich am 3′ Ende an.
Bei der Doppelhelix der DNA umschlingen sich jeweils zwei Einzelstränge in entgegengesetzter Richtung ihrer Enden. Eine Stabilisierung entsteht durch die Basen, die sich aneinander stapeln. Sie lagern sich ausschließlich mit der passenden Komplementärbase zusammen. Guanin und Cytosin sowie Thymin und Adenin bilden jeweils ein Basenpaar. Die Reihenfolge der Basenpaare in Ihrer DNA ist individuell unterschiedlich. Sie bestimmt Ihre phänotypischen Merkmale wie Augenfarbe, Haarstruktur und Körpergröße. Jeder DNS-Strang besteht aus 2,9 Milliarden Basenpaaren. Die Stränge sind etwa zwei Meter lang. Basenpaare, die ein bestimmtes Merkmal enthalten, bezeichnen Mediziner als Gen. Darin enthalten sind die Information zur Herstellung von Ribonukleinsäuren. Diese sind verantwortlich für den Bau von Eiweißen (Proteinen), die zum Zellstoffwechsel und zu Ihrer Entwicklung beitragen. Die Basenzusammensetzung in Protein-codierenden Genen legt die Reihenfolge der Aminosäuren fest. Drei Basen bilden eine Aminosäure.
Die wichtigsten Fakten zur DNA
- Die Desoxyribonukleinsäure beinhaltet Ihre genetischen Erbinformationen.
- Jedes Nukleotid Ihrer DNA besteht aus den drei Bestandteilen: Pentose, organische Base und Phosphatsäurerest.
- Zwischen ähnlichen Basen bilden sich Wasserstoffbrücken (Thymin und Adenin, Guanin und Cytosin).
Die Entdeckung der Desoxyribonukleinsäure
Friedrich Miescher, ein Schweizer Arzt entdeckte 1869 zusammen mit Felix Hoppe-Seyler in einem Eiterextrakt eine Substanz, die aus den Lymphozyten-Zellkernen drang. Er nannte sie Nuklein. Richard Altmann gelang es 1889, aus diesem die Nukleinsäure und das Protein zu isolieren. Die Entdeckung der vier Basen Thymin, Adenin, Cytosin und Guanin vollzog 1896 der deutsche Wissenschaftler Albrecht Kossel. Phoebus Levene identifizierte 1919 alle DNA-Bestandteile (Zucker, Base und Phosphatrest). Er wies auf die kettenartige Struktur und sich wiederholende Verbindungen der Desoxyribonukleinsäure hin. William Astbury publizierte 1937 Röntgenbeugungsmuster, die die repetitive DNA-Struktur zeigten. Oswald Avery wies anhand von Bakterien des Pneumococcus-Stamms nach, dass die Weitergabe des Erbgutes auf der Übertragung der DNS beruht. Martha Chase und Alfred Hershey bestätigten diese Entdeckung bei T2-Phagen (Myoviren) um 1952.
Francis Crick und James Watson ermittelten 1953 den strukturellen Aufbau der Desoxyribonukleinsäure. Sie veröffentlichten ihre Erkenntnisse im Artikel „Molecular structure of nucleic acids. A structure for deoxyribose nucleic acid“ im Wissenschaftsjournal Nature. Die Entdeckung geht auf DNA-Röntgenaufnahmen von Rosalind Franklin zurück, die der Physiker Maurice Wilkins Ende 1952 am Londoner King’s College James Watson zur Verfügung stellte. Sie zeigten ein Doppelhelix-Molekül. Aufgrund der bereits dargelegten Zusammensetzung der Basen und dieses Aufbaus entwickelten die Wissenschaftler die heutige Molekularstruktur der DNA. Für diese bahnbrechende Entdeckung erhielten die Wissenschaftler 1962 den Nobelpreis für Medizin. Rosalind Franklin konnte nicht nominiert werden, da sie zu diesem Zeitpunkt bereits verstorben war.