Inhalt
- Die Struktur der DNA
- Spezifische Basenpaarbindung
- Wo ist DNA gefunden?
- DNA Replikation
- Introns und Exons
- RNA-Transkription
- Wie wurde die Struktur der DNA entdeckt?
DNA, oder Desoxyribonukleinsäureist eine Nukleinsäure (eine von zwei in der Natur vorkommenden Säuren), die dazu dient, genetische Informationen über einen Organismus so zu speichern, dass sie auf nachfolgende Generationen übertragen werden können. Die andere Nukleinsäure ist RNA, oder Ribonukleinsäure.
Die DNA trägt den genetischen Code für jedes einzelne Protein, das Ihr Körper herstellt, und fungiert somit als Vorlage für Ihre Gesamtheit. Eine DNA-Kette, die für ein einzelnes Proteinprodukt kodiert, heißt a Gen.
DNA besteht aus sehr langen Polymeren von Monomereinheiten genannt Nukleotide, die drei verschiedene Regionen enthalten und dank der unterschiedlichen Struktur einer dieser drei Regionen in der DNA in vier verschiedenen Geschmacksrichtungen vorliegen.
In Lebewesen wird DNA zusammen mit Proteinen, den so genannten Histonen, gebündelt, um eine Substanz namens Chromatin zu erzeugen. Das Chromatin in eukaryotischen Organismen wird in eine Reihe unterschiedlicher Stücke, die als Chromosomen bezeichnet werden, aufgeteilt. DNA wird von den Eltern an ihre Nachkommen weitergegeben, aber ein Teil Ihrer DNA wurde ausschließlich von Ihrer Mutter weitergegeben, wie Sie sehen werden.
Die Struktur der DNA
DNA besteht aus Nucleotiden und jedes Nucleotid enthält eine stickstoffhaltige Base, ein bis drei Phosphatgruppen (in DNA gibt es nur eine) und ein Zuckermolekül mit fünf Kohlenstoffatomen namens Desoxyribose. (Der entsprechende Zucker in der RNA ist Ribose.)
In der Natur existiert DNA als gepaartes Molekül mit zwei komplementären Strängen. Diese beiden Stränge sind an jedem Nukleotid über die Mitte verbunden und die resultierende "Leiter" ist in die Form von a verdreht Doppelhelixoder ein Paar versetzter Spiralen.
Die stickstoffhaltigen Basen gibt es in einer von vier Varianten: Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T). Adenin und Guanin gehören zu einer Klasse von Molekülen, die Purine genannt werden und zwei miteinander verbundene chemische Ringe enthalten, während Cytosin und Thymin zu der Klasse von Molekülen gehören, die als Pyrimidine bekannt sind, die kleiner sind und nur einen Ring enthalten.
Spezifische Basenpaarbindung
Es ist die Bindung von Basen zwischen Nukleotiden in benachbarten Strängen, die die "Sprossen" der DNA "Leiter" erzeugt. Zufällig kann ein Purin in dieser Einstellung nur an ein Pyrimidin binden, und es ist noch spezifischer: A bindet an und nur an T, während C an und nur an G. bindet.
Diese Eins-zu-eins-Basenpaarung bedeutet, dass, wenn die Sequenz von Nukleotiden (für praktische Zwecke synonym mit "Sequenz von Basen") für einen DNA-Strang bekannt ist, die Sequenz von Basen im anderen, komplementären Strang leicht bestimmt werden kann.
Die Bindung zwischen benachbarten Nucleotiden im gleichen DNA-Strang wird durch die Bildung von Wasserstoffbrücken zwischen dem Zucker eines Nucleotids und der Phosphatgruppe des nächsten bewirkt.
Wo ist DNA gefunden?
Bei prokaryontischen Organismen befindet sich die DNA im Zytoplasma der Zelle, da Prokaryonten keine Kerne aufweisen. In eukaryotischen Zellen sitzt die DNA im Zellkern. Hier ist es eingebrochen Chromosomen. Der Mensch hat 46 verschiedene Chromosomen mit 23 von jedem Elternteil.
Diese 23 verschiedenen Chromosomen unterscheiden sich alle in der physischen Erscheinung unter dem Mikroskop. Sie können daher mit 1 bis 22 und dann mit X oder Y für das Geschlechtschromosom nummeriert werden. Entsprechende Chromosomen von verschiedenen Eltern (z. B. Chromosom 11 von Ihrer Mutter und Chromosom 11 von Ihrem Vater) werden homologe Chromosomen genannt.
DNA wird auch gefunden in den Mitochondrien von Eukaryoten im Allgemeinen sowie in den Chloroplasten von Pflanzenzellen speziell. Dies allein stützt die vorherrschende Vorstellung, dass beide Organellen als freistehende Bakterien existierten, bevor sie vor über zwei Milliarden Jahren von frühen Eukaryoten verschlungen wurden.
Die Tatsache, dass die DNA in Mitochondrien und Chloroplasten für Proteinprodukte kodiert, die Kern-DNA, verleiht der Theorie noch mehr Glaubwürdigkeit.
Da die DNA, die ihren Weg in die Mitochondrien findet, nur von der Eizelle der Mutter dorthin gelangt, gelangt die gesamte mitochondriale DNA über die Mutterlinie oder über die Mütter aller untersuchten Organismen.
DNA Replikation
Vor jeder Zellteilung muss die gesamte DNA im Zellkern kopiert werden, oder repliziert, damit jede neue Zelle, die in der nächsten Abteilung erstellt wird, eine Kopie haben kann. Da DNA doppelsträngig ist, muss sie abgewickelt werden, bevor die Replikation beginnen kann, damit die an der Replikation beteiligten Enzyme und anderen Moleküle entlang der Stränge Platz haben, um ihre Arbeit zu erledigen.
Wenn ein einzelner DNA-Strang kopiert wird, ist das Produkt tatsächlich ein neuer Strang, der zu dem (kopierten) Matrizenstrang komplementär ist. Es hat somit die gleiche DNA-Basensequenz wie der Strang, der vor Beginn der Replikation an das Template gebunden wurde.
Somit wird jeder alte DNA-Strang mit einem neuen DNA-Strang in jedem neuen replizierten doppelsträngigen DNA-Molekül gepaart. Dies wird als bezeichnet semikonservative Replikation.
Introns und Exons
DNA besteht aus Intronsoder DNA - Abschnitte, die keine Proteinprodukte codieren, und Exons, die codierende Regionen sind, die Proteinprodukte herstellen.
Die Art und Weise, wie Exons Informationen über Proteine weitergeben, ist durch Transkription oder die Herstellung von Messenger-RNA (mRNA) aus DNA.
Wenn ein DNA-Strang transkribiert wird, hat der resultierende mRNA-Strang die gleiche Basensequenz wie das DNA-Komplement des Matrizenstrangs, mit Ausnahme eines Unterschieds: wo Thymin in der DNA vorkommt, Uracil (U) kommt in RNA vor.
Bevor die mRNA in ein Protein übersetzt werden kann, müssen die Introns (der nicht kodierende Teil der Gene) aus dem Strang entnommen werden. Enzyme "spleißen" oder "schneiden" die Introns aus den Strängen und binden alle Exons zusammen, um den endgültigen codierenden Strang der mRNA zu bilden.
Dies wird als posttranskriptionale RNA-Verarbeitung bezeichnet.
RNA-Transkription
Während der RNA-Transkription wird Ribonukleinsäure aus einem DNA-Strang erzeugt, der von seinem komplementären Partner getrennt wurde. Der so verwendete DNA-Strang ist als Templatstrang bekannt. Die Transkription selbst hängt von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich Enzymen (z.B. RNA-Polymerase).
Die Transkription erfolgt im Zellkern. Wenn der mRNA-Strang vollständig ist, verlässt er den Kern durch die Kernhülle, bis er an a bindet Ribosom, wo sich Translation und Proteinsynthese entfalten. Somit sind Transkription und Übersetzung physikalisch voneinander getrennt.
Wie wurde die Struktur der DNA entdeckt?
James Watson und Francis Crick sind dafür bekannt, Mitentdecker eines der tiefsten Rätsel der Molekularbiologie zu sein: der Doppelhelix-DNA-Struktur und -Form, dem Molekül, das für den einzigartigen genetischen Code verantwortlich ist, den jeder trägt.
Während das Duo seinen Platz im Pantheon der großen Wissenschaftler einnahm, war ihre Arbeit von den Ergebnissen einer Vielzahl anderer Wissenschaftler und Forscher abhängig, die sowohl in der Vergangenheit als auch in der Freizeit von Watsons und Cricks tätig waren.
Mitte des 20. Jahrhunderts, 1950, wurde der Österreicher Erwin Chargaff entdeckte, dass die Menge an Adenin in DNA-Strängen und die Menge an vorhandenem Thymin immer identisch waren und dass eine ähnliche Beziehung für Cytosin und Guanin bestand. Somit war die Menge der vorhandenen Purine (A + G) gleich der Menge der vorhandenen Pyrimidine.
Auch britischer Wissenschaftler Rosalind Franklin verwendeten Röntgenkristallographie, um zu spekulieren, dass DNA-Stränge Phosphat-enthaltende Komplexe bilden, die sich entlang der Außenseite des Strangs befinden.
Dies stimmte mit einem Doppelhelixmodell überein, aber Franklin erkannte dies nicht, da niemand guten Grund hatte, diese DNA-Form zu vermuten. Aber bis 1953 hatten Watson und Crick es geschafft, alles mithilfe von Franklins Forschungen zusammenzufügen. Sie wurden durch die Tatsache unterstützt, dass der chemische Molekülmodellbau selbst zu dieser Zeit ein sich rasch verbesserndes Unterfangen war