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Seit James Watson und Francis Crick die Struktur der DNA enthüllten, wurde sie als das Molekül der Vererbung akzeptiert. Vor ihrer Entdeckung behielt die wissenschaftliche Gemeinschaft einige Skepsis, dass DNA der Aufgabe gewachsen war, da die Rolle der DNA vierfach ist und es zu einfach erschien, diese vier notwendigen Funktionen auszuführen: Replikation, Codierung, Zellmanagement und die Fähigkeit zur Mutation .
Die einzigartige Struktur der DNA ermöglicht es, all diese Funktionen zu erfüllen.
Die Bausteine der DNA
DNA ist die Abkürzung für Desoxyribonukleinsäure. Es besteht aus vier stickstoffhaltigen Basen, die mit A, C, G und T abgekürzt sind. Diese Basen bilden zwei Stränge und binden sich zu einer Doppelhelix zusammen.
A bindet immer mit T in einem Strang und C bindet immer mit G in dem anderen, was als komplementäre Basenpaarungsregel bezeichnet wird.
Replikation
Ein Zweck der DNA ist die Replikation. Dies bedeutet, dass ein DNA-Strang eine Kopie von sich selbst erstellt. Dies geschieht während der Zellteilung, und auf diese Weise gibt die DNA vererbte Merkmale an die nächste Gruppe von Zellen weiter.
Während der DNA-Replikation wickelt sich die Doppelhelix ab und bildet zwei Einzelstränge. Wenn die beiden DNA-Stränge getrennt sind und ein neuer Strang erfolgreich aufgebaut wurde, wird anhand des Musters des vorhandenen Strangs eine exakte Kopie erstellt.
Manchmal wird bei der Replikation aus verschiedenen Gründen keine exakte Kopie erstellt. Dies wird als DNA-Mutation bezeichnet. Mutationen sind entscheidend für die Evolution, da sie es Organismen ermöglichen, Anpassungen zu entwickeln, die ihnen helfen, in sich verändernden Umgebungen zu überleben.
DNA-Mutationen beim Menschen können jedoch auch dazu führen, dass Eltern bestimmte genetische Bedingungen, darunter Mukoviszidose, Tay-Sachs-Krankheit und Sichelzellenanämie, unwissentlich an ihre Kinder weitergeben.
Codierung
Die Kodierung ist eine weitere Funktion der DNA. Die Arbeit jeder Zelle wird von Proteinen erledigt. Eine der Aufgaben der DNA ist es, die richtigen Proteine für jede Zelle zu bauen. DNA nimmt diese Rolle ein, indem sie Abschnitte mit drei Basen - sogenannte Codons - enthält, die die Bildung von Proteinen steuern.
In einem langen DNA-Abschnitt enthält jedes Codon die Information, die die Assemblierung einer Aminosäure auf ein Protein steuert. Verschiedene Codons entsprechen dem Aufbau einer anderen Aminosäure auf einem Protein, sodass ein ganzer DNA-Abschnitt mit einer bestimmten Basensequenz ein spezifisches Protein bildet.
Zellulares Management
In mehrzelligen Organismen teilt und dupliziert eine einzelne befruchtete Zelle, eine Zygote, viele Male, um ein ganzes Lebewesen zu bilden. Jede Zelle hat genau das gleiche genetische Material, aber unterschiedliche Zellen entwickeln sich auf unterschiedliche Weise.
Das heißt, in einem als Zelldifferenzierung bezeichneten Prozess bauen einige Zellen die richtigen Proteine auf, um Leberzellen zu werden, und andere werden zu Hautzellen, andere zu Magenzellen. Darüber hinaus müssen Zellen ihre Funktionsweise ändern, wenn sich die Bedingungen ändern. Beispielsweise müssen Ihre Magenzellen mehr Verdauungshormone und Enzyme produzieren, wenn Nahrung vorhanden ist.
DNA tut dies durch Signale, die die Produktion von Proteinen ein- und ausschalten, die an der Verdauung beteiligt sind. Das Gleiche passiert, wenn Zellen differenzieren: Signale lösen die richtige Proteinproduktion aus, um die entsprechende Zelle zu bilden.
Die Fähigkeit zu mutieren
Evolution ist die Veränderung von Eigenschaften, wenn Generationen eines Organismus erzeugt werden. Die Evolution geschieht auf kleinen Skalen innerhalb eines Organismus - wie z. B. Veränderungen der Haut- oder Haarfarbe beim Menschen - und auch auf großen Skalen - wie z. B. die Erschaffung der großen Bandbreite des Lebens auf der Erde aus einem frühen einzelligen Organismus.
Das kann nur passieren, wenn sich das genetische Molekül verändern kann, mutieren kann. Während sich die DNA repliziert, um Ei- und Samenzellen zu bilden, können Veränderungen auf mehreren Ebenen eintreten.
Eine Möglichkeit sind Einzelpunktänderungen, bei denen eine vorhandene Sequenz hinzugefügt, subtrahiert oder geändert wird. Andere Veränderungen treten auf, wenn sich DNA-Moleküle kreuzen, wodurch die Anordnung der Gene auf jedem der beiden gekreuzten DNA-Stränge geändert wird.