Aufbau der DNA

Grundlagen

In der Desoxyribonukleinsäure (DNA) ist die Erbinformation in Form einer Abfolge von 4 Basen codiert. Die DNA ist im Zellkern in Chromosomen angeordnet. Dabei handelt es sich um fadenförmige Gebilde, in denen die DNA sehr stark komprimiert vorliegt. Dabei helfen die Histone. Das sind Proteine, um die sich die DNA wickelt. So wird ermöglicht, dass die komplette DNA, welche unkomprimiert eine Länge von 2 Metern hätte, in den Zellkern passt. 

Damit die Erbinformation erhalten bleibt muss die DNA bestimmte Anforderungen erfüllen:

1. Vollständigkeit (kein Informationsverlust)

2. Kopierbarkeit (Weitergabe der Erbinformation)

3. Konstanz (Stabilität der Information)

4. Varianz (Genpool aus verschiedenen Informationen)

 

Die Doppelhelix

Das Rückgrat der DNA besteht aus der Desoxyribose, einem fünffach Zucker, und einem Phosphat, die sich immer abwechseln. Die Desoxyribose und die Phosphat-Gruppe sind über eine Phosphodiesterbindung miteinander verbunden. Diese Bindungen liegen jeweils am 3`C-Atom und am 5`C-Atom des Zuckers. Diese Bezeichnung stammt von einer Nummerierung der Kohlenstoffatome der Desoxyribose. Am 1´C-Atom befindet sich die Base. Die Base, die Desoxyribose und die Phosphatgruppe bilden zusammen ein Nukleotid. Bei Desoxyribose und Base spricht man von einem Nukleosid. Viele Nukleotide aneinander geknüpft bilden einen DNA-Strang. Die DNA besteht jedoch nicht aus einem, sondern zwei DNA-Strängen. Beide Stränge sind über Wasserstoffbrückenbindungen verbunden. Dabei handelt es sich um eine vergleichsweise schwache Bindung, die sich durch Hitze leicht aufbrechen lässt. Aufgrund der Vielzahl an Wasserstoffbrückenbindungen in der DNA, sind beide Stränge fest miteinander verbunden. 

Es gibt 4 Basen in der DNA. Man unterscheidet Purinbasen (Adenin und Guanin) und Pyrimidinbasen (Cytosin und Thymin). In der DNA binden immer Adenin und Thymin miteinander und Cytosin mit Guanin. Dies liegt daran, dass Adenin und Thymin mit 2 Wasserstoffbrücken verbunden sind, Guanin und Cytosin mit 3 Wasserstoffbrücken. Daher enthält eine DNA immer gleiche Anteile von Adenin und Thymin im Verhältnis zu Guanin und Cytosin (Chargaff-Regel). 

Beide Stränge sind antiparallel. Das Rückgrat aus Phosphat-Gruppe und Zucker ist also anders herum angeordnet. Das 3' und 5'C-Atom der Desoxyribose zeigen demnach von Strang zu Strang in entgegengesetzte Richtungen. 

Man spricht von einer Doppelhelix, weil beide Stränge spiralenförmig umeinandergewunden sind. 

Jeder DNA-Strang hat ein 5' Ende und ein 3'Ende, an dem weitere Basen oder Strukturen angebaut werden können.

5' (Ende)  ATGTCCGTACATGGCA  3'

3' (Ende)  TACAGGCATGTACCGT  5'

 

Schmelztemperatur

Die Schmelztemperatur ist definiert als die Temperatur bei der 50% der DNA Doppelhelix einzelsträngig vorliegen. Der DNA ist abhängig von dem Anteil an Guanin und Cytosin in der DNA. Da Guanin und Cytosin mit drei Wasserstoffbrücken verbunden sind, ist diese Bindung stärker als die zwischen Adenin und Thymin. Die Schmelztemperatur kann mit einer Faustformal relativ gut berechnet werden:

Tm = 2 x (A+T) + 4 x (G+C)

Demnach hätte der obenstehende DNA Strang eine Schmelztemperatur von 48°C

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Weiterführende Literatur

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