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Die DNA ist das zentrale Element der Genetik und deshalb in der Biologie von herausragender Bedeutung. Sie ist ein sehr komplexer Bestandteil der Zelle, bestehend aus vier chemischen Basen. Zudem kommt der DNA eine bedeutende Rolle in der Genexpression zu. Um ihr Funktionieren und ihre Funktionsweise zu verstehen, ist es wichtig zu wissen, wie die DNA aufgebaut ist.
Desoxyribonukleinsäure oder kurz DNA ist eine Säure, die die Erbinformationen eines Lebewesens trägt.
Die Abkürzung DNA steht für den englischen Begriff Deoxyribonucleinacid. Im Deutschen spricht man von der Desoxyribonukleinsäure, abgekürzt DNS. DNS und DNA haben also die gleiche Bedeutung, nur in unterschiedlichen Sprachen. Da es sich bei der geläufigen Bezeichnung um DNA handelt, wird dieser Begriff in diesem Artikel verwendet.
Die DNA besteht aus sogenannten Desoxyribonukleotiden aufgebaute Nukleinsäure. Ein Nukleotid setzt sich aus drei Teilen zusammen:
Einem Phosphatrest
Dem Zucker Desoxyribose
Einer von vier organischen Basen (Adenin, Guanin, Cytosin oder Thymin)
Desoxyribose und Ribose sind sogenannte Pentosen, also Zuckermoleküle mit 5 C-Atomen. Diese fünf C-Atome werden im Uhrzeigersinn nummeriert:
Abbildung 1: Strukturformel der Ribose mit nummerierten C-Atomen
Die Verbindung aus einem Zucker und einer Base wird Nukleosid genannt. Die Verbindung aus Zucker, Base und Phosphatrest ergibt das Nukleotid, den Baustein der DNA, den wir oben bereits erwähnt hatten.
Hier sind Nukleosid und Nukleotid schematisch dargestellt. Du siehst, dass der Phosphatrest über das C5-Atom (5‘) an den Zucker gebunden ist, die Base ist mit dem C1-Atom (1‘) des Zuckers verknüpft.
Das Nukleotid ist von zentraler Bedeutung für den Aufbau der DNA.
Wenn Du mehr über die Funktionen und Aufgaben der DNA erfahren möchtest, dann schaue doch gerne beim StudySmarter Artikel vorbei!
Um den Aufbau der DNA besser verstehen zu können, lohnt es sich, einen Blick auf die einzelnen Bestandteile zu werfen. Dazu zählen das Phosphat, die Pentosen und die Basen.
Im Aufbau der DNA kommt dem Phosphat ein fester, kontinuierlicher Platz zu. Es dockt an das 5. C-Atom an. Das kannst Du auch in Abbildung 3 erkennen.
Aber was ist Phosphat eigentlich? Der Mineralstoff zählt mit Kalzium zu den wichtigsten Aufbaustoffen des Skelettes und spielt auch für die Zähne eine wichtige Rolle. Zudem übernimmt es eine wichtige Aufgabe im Energiestoffwechsel der Zellen.
Festzuhalten ist, dass Phosphat sehr vielschichtige Aufgaben im Körper übernimmt, und nicht nur in der DNA Struktur vorzufinden ist.
Die Pentose ist in Abbildung 3 durch das Fünfeck dargestellt. Das Wort Pentose kann aus dem altgriechischen Wort pénte abgeleitet werden, was so viel bedeutet wie fünf. Eine Pentose besteht aus Desoxyribose, also Zucker, und fünf Kohlenstoffatomen. Die Atome sind im Uhrzeigersinn durchnummeriert und angeordnet.
Hier ist essenziell, dass Du Desoxyribose nicht mit Ribose verwechselst. Während Desoxyribose der Zuckerbaustein der DNA ist, gehört Ribose zur RNA. Wenn Du die Unterschiede der beiden Erbgutsbestandteile erfahren möchtest, dann schaue im StudySmarter Artikel zu RNA vorbei!
Die Basen sind der dritte Bestandteil des Nukleotids. Sie werden am ersten C-Atom der Desoxyribose mit dem Nukleotid verbunden.
Es existieren vier organische Basen. Hier findest Du sie aufgelistet:
| Basen | Struktur | Symbol |
| Adenin |
|
|
| Thymin |
|
|
| Guanin |
| |
| Cytosin |
| |
Die Basen werden in zwei verschiedene Grundkörper unterschieden: Pyrimidinbasen und Purinbasen. Zu den Pyrimidinbasen gehören Cytosin, Thymin und das in der RNA vorkommende Uracil. Währenddessen bilden Adenin und Guanin die Purinbasen.
Auch die RNA besitzt Basen, aus denen sich ihr Strang zusammensetzt. Dazu gehören Adenin, Uracil, Guanin und Cytosin. Hier wird nämlich die zweite Base Thymin durch Uracil ersetzt.
Warum gerade Thymin durch Uracil ersetzt wird, findest Du im StudySmarter Artikel zu Uracil.
Jeweils zwei Nukleotide verbinden sich über Wasserstoffbrücken zwischen den Basen miteinander. Es verbinden sich jeweils die zwei komplementären Basen miteinander, das bedeutet eine Purinbase bindet mit einer Pyrimidinbase.
Durch die Verknüpfung von mehreren Nukleotiden bildet sich letztendlich ein DNA-Strang. Das kannst Du auch in Abbildung 5 sehen. Es verbindet sich immer das C3-Atom (3‘) der oberen Pentose mit der Phosphatgruppe des unteren Nukleotids. Beide DNA Stränge verlaufen antiparallel, also gegenläufig. Das bedeutet, dass dem 5‘-Ende des einen Stranges das 3‘-Ende des komplementären Stranges gegenüberliegt. Sie entsprechen dem jeweiligen C-Atom der Ribose.
Die DNA besteht aus vielen aneinander geketteten Nukleotiden. Wie diese Nukleotide miteinander verknüpft sind, und was es mit Primär-, Sekundär- und Tertiärstruktur der DNA auf sich hat, erfährst Du jetzt.
Der Phosphatrest eines Nukleotids ist mit dem C3-Atom (3‘) eines weiteren Nukleotids verbunden. So entsteht eine lange Kette von miteinander verbundenen Nukleotiden. Diese Kette bezeichnet man auch als Polynukleotidstrang. Die beiden Enden eines Polynukleotidstrangs sind nie identisch. Ein Phosphatrest befindet sich immer nur an einem Ende der Kette. Dadurch ergibt sich die sogenannte Polarität, die „Richtung“ der Kette (hier 5‘ --> 3‘).
Der Polynukleotidstrang ist die sogenannte Primärstruktur der DNA.
Die DNA besteht aus zwei gegenläufig zueinander verlaufenden Polynukleotidsträngen, die über Bindungen zwischen den Basen miteinander verknüpft sind. An das C1-Atom (1‘) des Zuckers eines jeden Nukleotids ist eine der vier bereits erwähnten Basen gebunden (Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin). Zwischen den Basen der Nukleotide zweier Stränge bilden sich sogenannte Wasserstoffbrückenbindungen, die die Basenpaare und damit beide Stränge der DNA miteinander verbinden.
Hier kommt ein weiterer Begriff ins Spiel, den Du kennen solltest: die komplementäre Basenpaarung. Wasserstoffbrückenbindungen können sich nämlich nicht beliebig zwischen den vier Basen bilden, sondern nur zwischen den Paaren Adenin – Thymin und Cytosin – Guanin. Durch diese Bindungsverhältnisse ergibt sich zwangsläufig die sogenannte Antiparallelität, die gegenläufige Polarität der beiden Ketten des DNA-Doppelstrangs (5‘ → 3‘ und 3‘ → 5‘).
Die gegenläufig zueinander verlaufenden Polynukleotidstränge, die durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen komplementären Basen miteinander verbunden sind, nennt man Sekundärstruktur der DNA.
In der Realität sieht der DNA Aufbau noch etwas anders aus als im Schaubild: Die räumliche Struktur der DNA ist ein schraubig gewundener Doppelstrang, die sogenannte Doppelhelix. Dieser Begriff und die Abbildung der Tertiärstruktur der DNA sind Dir mit Sicherheit schon einmal begegnet.
Wie bereits erwähnt, ist der Aufbau der RNA (Ribonukleinsäure) dem der DNA sehr ähnlich. Statt der Desoxyribose ist der Zucker der RNA die Ribose. Statt der Base Thymin findet man in der RNA Uracil, das sich ebenfalls mit Adenin paart. Wenn Du mehr zur RNA erfahren möchtest, dann schaue beim StudySmarter Artikel dazu vorbei!
Einem Phosphatrest
Dem Zucker Desoxyribose
Einer von vier organischen Basen (Adenin, Guanin, Cytosin oder Thymin)
Die Basen sind komplementär zueinander
Die Doppelhelix ist aus drei Ebenen aufgebaut:
Primärstruktur der DNA Doppelhelix
Sekundärstruktur der DNA-Doppelhelix
Tertiärstruktur der DNA-Doppelhelix
Die DNA ist eine Säure, die die Erbinformationen eines Lebewesens trägt.
Die DNA ist durch aneinander reihende Nukleotide aufgebaut. Sie bestehen aus:
Einem Phosphatrest
Dem Zucker Desoxyribose
Einer von vier organischen Basen (Adenin, Guanin, Cytosin oder Thymin)
Weil die Form der einer Doppelhelix entspricht.
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