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DNA Aufbau

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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

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.

DNA Aufbau

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:

DNA Aufbau Strukturforme Ribose StudySmarterAbbildung 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!

Aufbau eines DNA Strangs

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.

Phosphat

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.

Pentose

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!

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:

BasenStrukturSymbol
Adenin

DNA Aufbau Adenin Lewis Formel StudySmarter

DNA Aufbau Adenin StudySmarter

Thymin

DNA Aufbau Thymin Lewis Formel StudySmarter

DNA Aufbau Thymin StudySmarter

Guanin

DNA Aufbau Guanin StudySmarter

DNA Aufbau Guanin Study Smarter

Cytosin

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 im StudySmarter Artikel zu Uracil.

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.

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.

DNA Aufbau der 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.

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.

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 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.

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
  • 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)

  • Die Basen sind komplementär zueinander

  • Die Doppelhelix ist aus drei Ebenen aufgebaut:

Häufig gestellte Fragen zum Thema DNA Aufbau

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.

Finales DNA Aufbau Quiz

Frage

Wie läuft die Mitose ab?

Antwort anzeigen

Antwort

• Prophase

• Metaphase

• Anaphase

• Telophase

Frage anzeigen

Frage

Aus was besteht die DNA?

Antwort anzeigen

Antwort

besteht aus sogenannten Nukleotiden

Frage anzeigen

Frage

Woraus setzt sich ein Nukleotid zusammen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Einem Phosphatrest
  • Dem Zucker Desoxyribose
  • Einer von vier organischen Basen (Adenin, Guanin, Cytosin oder Thymin)
Frage anzeigen

Frage

Was sind Desoxyribose und Ribose?

Antwort anzeigen

Antwort

sogenannte Pentosen, also Zuckermoleküle mit 5 C-Atomen

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein  Nukleosid?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Verbindung aus einem Zucker und einer Base

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Nukleotid?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Verbindung aus Zucker, Base und Phosphatrest

Frage anzeigen

Frage

Für was steht DNA?

Antwort anzeigen

Antwort

Vom englischen Begriff: deoxyribonucleic acid


Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Polynukleotidstrang?

Antwort anzeigen

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?

Antwort anzeigen

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
Frage anzeigen

Frage

Was ist die Primärstruktur der DNA?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Polynukleotidstrang

Frage anzeigen

Frage

Was bedeutet komplementäre Basenpaarung?

Antwort anzeigen

Antwort

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

Frage

Was heißt Antiparallelität?

Antwort anzeigen

Antwort

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

Frage anzeigen

Frage

Was ist die 

 Sekundärstruktur der DNA?

Antwort anzeigen

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?

Antwort anzeigen

Antwort

Die räumliche Struktur der DNA ist ein schraubig gewundener Doppelstrang

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Tertiärstruktur der DNA?

Antwort anzeigen

Antwort

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

Frage anzeigen

Frage

Aus wie vielen Untereinheiten besteht die Quartärstruktur von Hämoglobin?

Antwort anzeigen

Antwort

Hämoglobin besteht aus vier Untereinheiten. 

Frage anzeigen

Frage

Aus welchen Untereinheiten besteht Hämoglobin in der Quartärstruktur?

Antwort anzeigen

Antwort

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

Frage anzeigen

Frage

Über welche nicht-kovalenten Wechselwirkungen wird die Quartärstruktur stabilisiert? 

Antwort anzeigen

Antwort

Dazu gehören: 

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

Frage

Wie kann die Quartärstruktur definiert werden? 

Antwort anzeigen

Antwort

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

Frage anzeigen

Frage

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

Antwort anzeigen

Antwort

Dabei handelt es sich um den hydrophoben Effekt. 

Frage anzeigen

Frage

Was charakterisiert den hydrophoben Effekt der Quartärstruktur? 

Antwort anzeigen

Antwort

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

Frage anzeigen

Frage

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

Antwort anzeigen

Antwort

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


Frage anzeigen

Frage

Mit welchem Prinzip erfolgt die Zusammenlagerung der Quartärstruktur? 

Antwort anzeigen

Antwort

Die Quartärstruktur entsteht mithilfe des Schlüssel-Schloss-Prinzips. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Vorteile bringt die Quartärstruktur mit sich? 

Antwort anzeigen

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. 

Frage anzeigen

Frage

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

Antwort anzeigen

Antwort

Man unterscheidet Faserproteine und globuläre Proteine. 

Frage anzeigen

Frage

Welches Problem entsteht bei der Quartärstruktur bei zum Beispiel Myoglobin. 

Antwort anzeigen

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. 

Frage anzeigen

Frage

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

Antwort anzeigen

Antwort

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

Frage anzeigen

Frage

Wie werden globuläre Proteine noch genannt? 

Antwort anzeigen

Antwort

Man nennt sich auch Sphäroproteine. 

Frage anzeigen

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. 


Frage anzeigen

Frage

Welche Funktionen erfüllen die Quartärstruktur definierten globuläre Proteine? 

Antwort anzeigen

Antwort

Globuläre Proteine besitzen unter anderem die folgenden Funktionen. 

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

Frage

Definiere was ein Chromatid ist.

Antwort anzeigen

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.

Frage anzeigen

Frage

Woraus besteht ein Chromatid?


Antwort anzeigen

Antwort

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


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Frage

Wo befinden sich die Chromatiden?


Antwort anzeigen

Antwort

Im Zellkern

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Frage

Was ist das Zentromer?


Antwort anzeigen

Antwort

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


Frage anzeigen

Frage

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


Antwort anzeigen

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?


Antwort anzeigen

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?


Antwort anzeigen

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


Frage anzeigen

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.


Frage anzeigen

Frage

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


Antwort anzeigen

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.


Frage anzeigen

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. 


Frage anzeigen

Frage

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

Antwort anzeigen

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.


Frage anzeigen

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?

Antwort anzeigen

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?

Antwort anzeigen

Antwort

Es gibt die Kern- und die Verbindungshistone.

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Frage

Welche Histon Proteine gehören zu den Kernhistonen?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Klassen H2A, H2B, H3 und H4.

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