Start ⇒ Mensch ⇒ Genetik

Wendeltreppenmodell der DNS

Die DNS (auch DNA) ist Träger der Erbinformationen sämtlicher Lebewesen. Die Aufklärung der Struktur ist die bedeutendste Entdeckung in der Forschungsgeschichte überhaupt. Entscheidend dafür war die Arbeit der britischen Biochemikerin Rosalind Franklin (1920−1958) und dem Doktoranten Raymond Gosling (1926–2015), der 1952 die alles entscheidende Röntgenaufnahme einer DNS am King's College in London erstellte. Der neuseeländische Arbeitskollege Maurice Wilkins, sowie der Amerikaner James Watson und der Brite Fancis Crick entwendeten Franklins Unterlagen und gelangten damit an das berühmte „Foto 51“. Watson und Crick veröffentlichten 1953 ihre neue Theorie, ohne die entscheidende Quelle zu nennen. Bei der Verleihung des Medizin-Nobelpreises 1962 an Watson, Crick und Wilkins gingen Franklin und Gosling leer aus, die Bedeutung ihrer Arbeit wurde nicht einmal erwähnt. Auch der US-amerikanische Chemiker Linus Pauling stand kurz vor der Entdeckung, die anderen kamen ihm zuvor.

Die Erbanlagen finden sich auf den Chromatinfäden der Zellkerne. Bei Zellteilungen bilden sich aus diesen Chromatinfäden die Chromosomen. Diese bestehen aus DNS. Das ist die Abkürzung für Desoxyribonucleinsäure, einem Kunstwort, das den Aufbau der Komponenten im Riesen-Molekül andeutet. Im internationalen Sprachgebrauch verwendet man den Begriff DNA, als Abkürzung für desoxyribonucleic acid. Der chemische Aufbau der DNS ist wie ein digitaler Code angelegt. DNS kommt in allen Lebewesen vor.

Die Bausteine der DNS sind zu einem langen Molekülstrang verknüpft, der sich wendeltreppenartig zu einer Doppelhelix windet. Die Reihenfolge und die Anordnung der Nucleinbasen bestimmt die Art der vorliegenden Informationen. Teilabschnitte der DNS werden Gene genannt. Alle Lebewesen übersetzen die genetisch vorliegenden Informationen in gleicher Weise, sie benützen den gleichen genetischen Code.

In der DNS können vier verschiedene Nucleinbasen eingebunden sein. Zwei Nucleinbasen bilden immer ein Paar nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Thymin bildet ein Paar mit Adenin und Cytosin mit Guanin. Das Paar Thymin-Adenin ist in der DNS durch zwei Wasserstoffbrücken miteinander verbunden, beim Paar Cytosin-Guanin sind es drei. Durch diese Kräfte ziehen sich die beiden DNS-Stränge an. Durch eine Verdrillung entsteht aus den beiden Strängen die Doppelhelix. Die RNS (engl. RNA), die Ribonucleinsäure, enthält nicht Desoxyribose, sondern Ribose als Zucker-Baustein, bei ihr ist das Thymin durch Uracil ersetzt. Uracil bildet mit dem Adenin ein Paar. Die RNS wird in den Zellen zum Kopieren und zum Transport von genetischen Informationen benötigt. Manche Viren wie das SARS-CoV-2-Virus sind aus RNS aufgebaut.

Ein Nucleotid ist aus drei Bauelementen zusammengesetzt. Es enthält immer einen Phosphat-Rest, der aus Phosphorsäure abgeleitet wird, eine Pentose und eine Nucleinbase. Eine Pentose ist ein Zucker mit 5 Kohlenstoff-Atomen: Eingebaut ist entweder die Ribose oder die Desoxyribose, die eine OH-Gruppe im Molekül weniger enthält. Oben abgebildet sind Desoxythymidinmonophosphat (links) und Uridinmonophosphat (rechts).

In der DNS sind die Nucleotide durch eine Esterbindung am dritten Kohlenstoff-Atom (3') der Desoxyribose miteinander verbunden. Durch die Verknüpfung der Nucleotide mit ihren vier möglichen Nucleinbasen entstehen extrem viele Kombinationsmöglichkeiten. Nach der Formel 4ⁿ kann die Zahl die Möglichkeiten berechnet werden, wobei n für die Zahl der verwendeten Nucleotid-Bausteine steht. Bei nur drei Nucleotiden gibt es also schon 4³ = 64 verschiedene Möglichkeiten. Mit einem solchen Triplett können zum Beispiel schon alle 20 Aminosäuren im menschlichen Genom codiert werden. Bei 15 Nucleotiden sind es mehr als eine Milliarde Möglichkeiten! Ein einzelner DNS-Strang kann aber aus vielen Millionen Nucleotiden bestehen. Dadurch ergibt sich eine unvorstellbar große Zahl an möglichen Kombinationen. Die Gesamtlänge der kompletten DNS eines einzelnen Menschen beträgt 150 Milliarden Kilometer, das ist fast die tausendfache Strecke von der Erde zur Sonne.

Bei der durch Robert Feulgen (1884–1955) entwickelten Feulgenschen Probe können DNS und RNS mit Hilfe von Schiffs Reagenz nachgewiesen werden. Durch die Zugabe von Salzsäure werden die Nucleinbasen von der Pentose getrennt. Dabei werden Aldehyd-Gruppen frei, die beim üblichen Aldehydnachweis die rotviolette Färbung erzeugen. So lassen sich mikroskopische Präparate anfärben oder auch Viren nachweisen.

© Thomas Seilnacht / Benutzerhandbuch / Lizenzbestimmungen / Impressum / Datenschutz