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DNA Aufbau

DNA Aufbau

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.

DNA Definition

Desoxyribonukleinsäure oder kurz DNA ist ein doppelsträngiges Molekül in der Form einer Doppelhelix, das die Erbinformation eines Lebewesens trägt. Jeder Strang ist zu seinem Gegenüber antiparallel und besteht aus aneinandergeketteten Nukleotiden. Beide Stränge sind über die Nukleinbasen (Adenin, Guanin, Thymin, Cytosin) der Nukleotide miteinander verbunden.

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.

DNA Aufbau einfach erklärt

DNA besteht aus verschiedenen Bestandteilen:

  • Phosphat
  • Zucker/Ribose
  • Basen

Im Folgenden erfährst Du genauer, welche Aufgaben diese Bestandteile übernehmen und wie sich die DNA daraus zusammensetzt.

DNA Aufbau – Molekularer Aufbau

Hier siehst Du nun die einzelnen Bestandteile auch auf molekularer Ebene. Darin begriffen sind die Lewis Formeln der jeweiligen Bestandteile.

DNA Aufbau – Nukleotid

Zunächst ist es wichtig, die drei Bestandteile vereint zu betrachten. Zucker, Phosphat und die Basen zusammen bilden das Nukleotid.

Das Nukleotid ist ein bestimmter Teil der DNA, der sich aus einem Nukleosid, eine der vier Basen und einer Phosphatgruppe zusammensetzt. Nukleotide fungieren als Botenstoffe und übernehmen eine wichtige Aufgabe in der Neubildung von Zellen.

Ein Molekül, das aus einer Nukleinbase und einem Einfachzucker besteht, wird Nukleosid genannt. Im Aufbau ähnelt es dem Nukleotid, allerdings hängt ihm kein Phosphatrest an.

DNA Aufbau – Phosphat

Im Aufbau der DNA kommt dem Phosphat ein fester, kontinuierlicher Platz zu. Es dockt an das 5. C-Atom an. Phosphat ist der Bindungspunkt für die Ribose des nächsten Nukleotids in der Kette eines DNA-Strangs. Es wird in der DNA Konstellation auch Phosphatrückgrat genannt.

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.

Hier erhältst Du einen kleinen Überblick über den Aufbau von Phosphat:

DNA Aufbau Phosphat StudySmarterAbbildung 2: Lewisformel von Phosphat

Wenn Du mehr über Phosphate und Phosphorsäure erfahren möchtest, dann schau gerne bei der StudySmarter Erklärung zur Phosphorsäure vorbei!

DNA Aufbau – Pentose

Die Pentose ist durch ein Fünfeck dargestellt. Das Wort Pentose ist von dem altgriechischen Wort pénte abgeleitet, was so viel bedeutet wie fünf. Eine Pentose besteht aus Desoxyribose, also Zucker, und fünf Kohlenstoffatomen. Die Atome sind im Uhrzeigersinn durchnummeriert und angeordnet. Die Pentose bietet im Nukleotid die stabile Bindungsmöglichkeit für Basen und Phosphat und ist somit essenziell für die Ausbildung des Einzelstrangs und des Doppelstranges.

DNA Aufbau Strukturformel Ribose StudySmarterAbbildung 3: Strukturformel der Ribose

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 in der StudySmarter Erklärung zur RNA vorbei!

DNA Aufbau – Basen

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:

BasenBasengruppeStruktur(mögliches) Symbol
AdeninPurin

DNA Aufbau Adenin Lewis Formel StudySmarter

DNA Aufbau Adenin StudySmarter

ThyminPyrimidin

DNA Aufbau Thymin Lewis Formel StudySmarter

DNA Aufbau Thymin StudySmarter

GuaninPurin

DNA Aufbau Guanin StudySmarter

DNA Aufbau Guanin Study Smarter

CytosinPyrimidin

DNA Aufbau Cytosin Lewis Formel StudySmarter

DNA Aufbau Cytosin StudySmarter

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 in der StudySmarter Erklärung zu Uracil.

DNA Aufbau – Aufgaben der Basen

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. Die Hauptaufgabe der Basen ist durch ihre spezifische Abfolge (Basensequenz) die Bildung des genetischen Codes und damit die Speicherung der Baupläne für Proteine und den gesamten Organismus.

DNA Aufbau – Wasserstoffbrücken

Genau zwei Wasserstoffbrücken bilden sich zwischen Adenin und Thymin aus. Dagegen bilden sich zwischen Guanin und Cytosin drei Wasserstoffbrücken aus. Die Wasserstoffbrückenbindungen werden nun aufgebrochen, um die DNA weiterzugeben. Dadurch wird eine exakte Kopie des Stranges erstellt.

DNA Aufbau – DNA Einzelstrang Aufbau

Durch die Verknüpfung von mehreren Nukleotiden bildet sich letztendlich ein DNA-Strang. Das kannst Du auch in Abbildung 4 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.

Das kannst Du Dir grafisch so vorstellen:

DNA Aufbau DNA Strang StudySmarterAbbildung 4: DNA Zusammensetzung

DNA Aufbau – Doppelhelix

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.

DNA Aufbau – Primärstruktur der DNA Doppelhelix

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.

DNA Aufbau Polynukleotidstrang StudySmarterAbbildung 5: Polynukleotidstrang der DNA

DNA Aufbau – Sekundärstruktur der DNA-Doppelhelix

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 Guanin – Cytosin. 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.

DNA Aufbau – Tertiärstruktur der DNA-Doppelhelix

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!

DNA Aufbau – Das Wichtigste

  • DNA bedeutet Desoxyribonukleinsäure
  • DNA Aufbau – Nukleotid: Der DNA-Strang besteht aus aneinandergereihten Nukleotiden, das Nukleotid besteht aus drei Bestandteilen:
    • Einem Phosphatrest

    • Dem Zucker Desoxyribose

    • Einer von vier organischen Basen (Adenin, Guanin, Cytosin oder Thymin)

  • DNA Aufbau – Basen: Die Basen sind komplementär zueinander und werden durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten

  • DNA Aufbau – Einzelstrang: Durch die Verknüpfung von mehreren Nukleotiden bildet sich ein DNA-Strang

  • DNA Aufbau – Doppelhelix: Die Doppelhelix ist aus drei Ebenen aufgebaut

Nachweise

  1. chemgapedia.de: Wasserstoffbrückenbindungen (03.11.2022)
  2. br.de: Aufbau der DNA (03.11.2022)
  3. transgen.de: Basen (03.11.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema DNA Aufbau

Die DNA ist eine Säure, die den genetischen Code und somit die Erbinformationen eines Lebewesens trägt. Der genetische Code veranlasst die Übersetzung von DNA-Sequenzen zu RNA-Sequenzen und zu Aminosäureketten. Diese sind die Grundlage für Proteine, welche viele wichtige Aufgaben im Körper übernehmen und als Grundlage für den gesamten Organismus gelten.

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)


Die Basen sind antiparallel aneinandergereiht und ergeben somit einen Doppelstrang. Dieser zieht sich in einer Doppelhelixstruktur fort.

Weil die Form der einer Doppelhelix entspricht. Sie entsteht durch die unterschiedliche Anzahl an H-Brücken zwischen den Basenpaarungen A–T und G–C der beiden Einzelstränge.

Finales DNA Aufbau Quiz

Frage

Was sind Desoxyribose und Ribose?

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Antwort

sogenannte Pentosen, also Zuckermoleküle mit 5 C-Atomen

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Frage

Was ist ein  Nukleosid?

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Antwort

Die Verbindung aus einem Zucker und einer Base

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Frage

Für was steht DNA?

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Antwort

Vom englischen Begriff: deoxyribonucleic acid


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Frage

Was ist ein Polynukleotidstrang?

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Antwort

  • 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

Frage anzeigen

Frage

Wie ergibt sich eine Polarität beim Polynukleotidstrang?

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Antwort

  • 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

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Frage

Was ist die Primärstruktur der DNA?

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Antwort

Der Polynukleotidstrang

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Frage

Was bedeutet komplementäre Basenpaarung?

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Antwort

  • Wasserstoffbrückenbindungen können sich nicht beliebig zwischen den vier Basen bilden, sondern nur zwischen den Paaren Adenin – Thymin und Cytosin – Guanin

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Frage

Was heißt Antiparallelität?

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Antwort

die gegenläufige Polarität der beiden Ketten des DNA-Doppelstrangs durch die komplementäre Basenpaarung

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Frage

Was ist die 

 Sekundärstruktur der DNA?

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Antwort

Die gegenläufig zueinander verlaufenden Polynukleotidstränge, die durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen komplementären Basen miteinander verbunden sind, nennt man Sekundärstruktur

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Doppelhelix?

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Antwort

Die räumliche Struktur der DNA ist ein schraubig gewundener Doppelstrang

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Tertiärstruktur der DNA?

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Antwort

Die räumliche Struktur der DNA ist die Doppelhelix, ein schraubig gewundener Doppelstrang

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Frage

Aus wie vielen Untereinheiten besteht die Quartärstruktur von Hämoglobin?

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Antwort

Hämoglobin besteht aus vier Untereinheiten. 

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Frage

Aus welchen Untereinheiten besteht Hämoglobin in der Quartärstruktur?

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Antwort

Dabei handelt es sich um zwei alpha- und zwei beta-Untereinheiten. 

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Frage

Über welche nicht-kovalenten Wechselwirkungen wird die Quartärstruktur stabilisiert? 

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Antwort

Dazu gehören: 

  • Wasserstoffbrückenbindungen 
  • Ionische Bindungen 
  • Peptidbindungen 
  • Van-der-Waals-Kräfte.

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Frage

Wie kann die Quartärstruktur definiert werden? 

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Antwort

Die Quartärstruktur bezeichnet die Zusammenlagerung mehrerer Proteine zu einem Proteinkomplex. Der Zusammenhalt entsteht durch nicht-kovalente Bindungen. 

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Frage

Welcher Effekt ermöglicht es, dass die Quartärstruktur ohne Energiezufuhr stattfinden kann? 

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Antwort

Dabei handelt es sich um den hydrophoben Effekt. 

Frage anzeigen

Frage

Was charakterisiert den hydrophoben Effekt der Quartärstruktur? 

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Antwort

Dabei werden unpolare Moleküle in einem polaren Medium zusammengelagert. Besonders erkennt man das anhand der globulären Proteine. 

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Frage

Welches Metall lagert sich in Hämoglobin an und beeinflusst die Quartärstruktur? 

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Antwort

Dabei handelt es sich um Eisen, damit der notwendige Sauerstoff gebunden werden kann. 


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Frage

Mit welchem Prinzip erfolgt die Zusammenlagerung der Quartärstruktur? 

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Antwort

Die Quartärstruktur entsteht mithilfe des Schlüssel-Schloss-Prinzips. 

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Frage

Welche Vorteile bringt die Quartärstruktur mit sich? 

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Antwort

Die Quartärstruktur sorgt dafür, dass die einzelnen Einheiten deutlich besser miteinander kooperieren. Es findet sogar eine Art Rückkopplung statt. Außerdem kanaliseren sie dadurch Metaboliten. 

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Frage

In welche zwei Gruppen kann man Proteine anhand der Quartärstruktur unterscheiden? 

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Antwort

Man unterscheidet Faserproteine und globuläre Proteine. 

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Frage

Welches Problem entsteht bei der Quartärstruktur bei zum Beispiel Myoglobin. 

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Antwort

Die Quartärstruktur kann schwer definiert werden. Myoglobin ist ein Muskelprotein, das jedoch ein Monomer ist und somit keine Quartärstruktur hat. Myoglobin als einzelnes Protein ist jedoch nicht wirksam. Es lagert sich folglich zusammen, wodurch eine theoretische Quartärstruktur entsteht. Diese wird nicht immer als solche bezeichnet. 

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Frage

Welche Sekundärstruktur lässt sich häufig in Faserproteinen finden, wodurch dann die Quartärstruktur beeinflusst wird? 

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Antwort

Bei dieser Struktur handelt es sich um die alpha-Helix. Diese sorgt häufig dafür, dass die einzelnen Monomere sich für die 

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Frage

Wie werden globuläre Proteine noch genannt? 

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Antwort

Man nennt sich auch Sphäroproteine. 

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Frage

Was ist charakteristisch in der Quartärstruktur für globuläre Proteine?

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Antwort

Charakteristisch sind die nach innen zeigenden, unpolaren Seitenketten und die nach außen zeigenden polaren Seitenketten. 


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Frage

Welche Funktionen erfüllen die Quartärstruktur definierten globuläre Proteine? 

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Antwort

Globuläre Proteine besitzen unter anderem die folgenden Funktionen. 

  • humorale Immunantwort
  • Wirkung als Enzym 
  • pH-Wert-Regulation 
  • Energielieferung 
  • Transport. 

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Frage

Definiere was ein Chromatid ist.

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Antwort

Ein Chromatid ist ein Bestandteil des Zellkerns. Ein Chromosom besteht aus zwei Chromatiden. In ihnen ist die Gesamtheit aller Erbinformationen gespeichert und wird während der Zellteilung an die Tochterzellen weitergegeben.

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Frage

Woraus besteht ein Chromatid?


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Antwort

Hergestellt werden Chromatiden aus Chromatinfasern. Diese bestehen aus DNA und Skelettproteinen.


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Frage

Wo befinden sich die Chromatiden?


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Antwort

Im Zellkern

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Frage

Was ist das Zentromer?


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Antwort

Das Zentromer hält die beiden Hälften des Chromosoms zusammen, sprich es hält zwei Chromatiden zusammen.


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Frage

Was ist der Unterschied zwischen  einem Ein-Chromatid-Chromosomen und einem Zwei-Chromatid-Chromosomen?


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Antwort

Ein Ein-Chromatid-Chromosom ist quasi nur ein halbes Chromosomen, da es aus nur einem Chromatid besteht. Diese gewährleisten den Transport der Erbinformationen in die Tochterzellen. Ein Zwei-Chromatid-Chromsom besteht aus zwei Chromatiden und sichert den Fortbestand der Erbinformationen.


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Frage

Nenne drei Beispiele für Erbinformationen, die durch die Chromatiden in eine Tochterzelle transportiert werden könnten?


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Antwort

Die Haarfarbe, die Körpergröße und das erhöhte Risiko bestimmte Arten von Krebs zu bekommen


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Frage

Was würde mit dem Zustand des ein-Chromatid-Chromosoms passieren, wenn die Zelle aus dem Zellzyklus ausscheiden müsste?


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Antwort

Dieser Zustand würde erhalten bleiben


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Frage

In welcher Phase des Zellzyklus werden die Cromatiden getrennt?


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Antwort

In der Anaphase

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Frage

Wie heißen die Spezialfälle bei der Zellteilung bezüglich der Chromatiden?


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Antwort

Meiose, Schwester-Chromatid-Austausch und Nicht-Disjunktion


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Frage

Was ist die Nicht-Disjunktion?​​​​


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Antwort

Wenn ein Fehler bei der Trennung der Trennung der Chromatiden auftritt, wird dies Nicht-Disjunktion genannt. Dis kann z. B. ein Ausfallen der Chromatiden sein.


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Frage

Nenne zwei bekannte Krankheiten, die als Folgen einer Nicht-Disjunktion eingestuft wurden.​​​​


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Antwort

Das Turner-Syndrom und das Down-Syndrom


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Frage

Warum ist die Meiose ein Spezialfall?


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Antwort

Da es sich hier um die Geschlechtszellen handelt wird auch die Meiose als Speazialfall eingestuft.


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Frage

Was ist der Schwester-Chromatid-Austausch?


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Antwort

Die Schwesterchromatiden liegen in den Zellkernen eng zusammen mit denen des anderen Elternteils .Schwesterchromatiden auf gleicher Höhe brechen ab und werden mit  anderen ausgetauscht. Hier kann es zum Austausch von Erbmaterial kommen. 


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Frage

Welche Form hat das Chromosom, wenn es aus zwei Chromatiden besteht?

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Antwort

X-Form

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Frage

Was sind Schwesterchromatiden?


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Antwort

Schwesterchromatiden sind zwei identische Kopien eines einzelnen repliierten Chromosoms. Sie werden durch ein Zentromer verbunden bzw. zusammen gehalten.


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Frage

Was ist die Hauptaufgabe der Histone?

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Antwort

Die Verpackung (Kondensation) der DNA.

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Frage

Welcher Stoffklasse gehören die Histone an?

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Antwort

Der Stoffklasse der Proteine.

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Frage

Wie nennt sich ein Histon + sein DNA Abschnitt?

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Antwort

​Dies nennt sich Nukleosom.

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Frage

Welche Klassen der Histon-Proteine gibt es?

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Antwort

Es gibt die Kern- und die Verbindungshistone.

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Frage

Welche Histon Proteine gehören zu den Kernhistonen?

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Antwort

Die Klassen H2A, H2B, H3 und H4.

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Frage

Welche Histon Proteine gehören zu den Verbindungshistonen?

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Antwort

Das Protein H1 (bzw. H5).

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Frage

Wie viele Histone befinden sich im Histon Oktamer?

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Antwort

Darin befinden sich acht Histone.

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Frage

Woran wird momentan bei Histonen geforscht?

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Antwort

Es wird an einem Einsatz in der Krebstherapie geforscht.

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Frage

Welche Arten der Histon Modifikation gibt es?

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Antwort

Es gibt die Phosphorylierung, die Methylierung und die Acetylierung.

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