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:
Abbildung 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.
Abbildung 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:
| Basen | Basengruppe | Struktur | (mögliches) Symbol |
| Adenin | Purin | 
| 
|
| Thymin | Pyrimidin | 
| 
|
| Guanin | Purin | 
|  |
| Cytosin | Pyrimidin | 
|  |
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:
Abbildung 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.
Abbildung 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:
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
- chemgapedia.de: Wasserstoffbrückenbindungen (03.11.2022)
- br.de: Aufbau der DNA (03.11.2022)
- transgen.de: Basen (03.11.2022)
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