DNA und Molekulargenetik

Inhaltsverzeichnis zum Thema

• Aufbau und Struktur der DNA
• Replikation der DNA
• Proteinbiosynthese
• Genregulation bei Prokaryoten und Eukaryoten
• Mutationen

Aufbau und Struktur der DNA

Anfang des 20. Jahrhunderts erkannten Biologen erstmals, dass sich die genetische Information des Menschen im Zellkern auf sogenannten Chromosomen befindet. Etwas später konnte herausgefunden werden, dass diese Chromosomen aus zwei Molekülsorten bestehen: aus Proteinen und der Desoxiribonukleinsäure (Abkürzung DNA).

In unterschiedlichen Versuchen, wobei insbesondere die Versuche der Molekulargenetiker Griffith und Avery zu erwähnen sind, konnte bewiesen werden, dass die DNA, die Desoxyribonukleinsäure, der Träger der genetischen Information ist.

Die DNA ist ein kettenförmiges, unverzweigtes Makromolekül. Folgende Bausteine sind in der DNA enthalten:

• Die Desoxyribose ist ein Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen.
• An diese Desoxyribose ist eine organische Base gebunden. In der DNA kommen vier organische Basen vor: Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin. Die Einheit aus Zucker und Base wird Nucleosid genannt.
• Bindet zudem ein Phosphorsäurerest am Nucleosid, so entsteht ein Nucleotid. In einem DNA-Molekül sind viele Millionen diesen Nucleotide aneinandergereiht.
• Die DNA liegt in einer Doppelhelixstruktur vor. Dabei bilden zwei komplementäre Nucleotid-Stränge eine lange, schraubenförmige Struktur aus. Diese Struktur ähnelt in ihrem Aufbau einer Wendeltreppe. Mehr zum Aufbau der DNA lernst du in diesem Video: DNA Aufbau.

Die DNA aller Eukaryoten ist mit einer Vielzahl von Proteinen verbunden. Man bezeichnet diese Verpackungseinheit als Chromatin. In ihrer Transportform wird die DNA in ihrer kompaktesten Verpackungsform, in Form von Chromosomen, sichtbar. Aber wie sind die Chromosomen gebaut und wie funktionieren sie?

Replikation der DNA

Bevor Mitose oder Meiose ablaufen können, muss die DNA, also die Erbinformation, verdoppelt werden. Dies geschieht im Prozess der DNA Replikation.

Diese Vervielfältigung der DNA erfolgt semikonservativ, das bedeutet, dass der DNA-Doppelstrang in seine Einzelstränge getrennt wird und an diesen Einzelsträngen komplementär neue Stränge gebildet werden.

Proteinbiosynthese

Ein weiteres Thema in der Molekulargenetik in der Oberstufe ist die Proteinbiosynthese. Sie beschreibt den Prozess der Neubildung von Proteinen in Zellen. Während dieses biochemischen Prozesses werden die Informationen, die auf der DNA gespeichert sind, in eine Aminosäuresequenz übersetzt, aus der sich letztendlich Proteine zusammensetzen. Diese Proteine sind im menschlichen Körper an zahlreichen Prozessen beteiligt und daher für den Menschen von zentraler Bedeutung.

Die Proteinbiosynthese lässt sich in zwei Schritte unterteilen, in die Transkription, während der die Information der DNA in eine Transportform umgeschrieben wird, und in die Translation, während der die Information in eine Aminosäuresequenz übersetzt wird. Der genetische Code definiert dabei die Art und Weise, nach der die RNA in die Aminosäuresequenz übersetzt wird.

Genregulation bei Prokaryoten und Eukaryoten

Als Genregulation wird die Regulation der Transkription, also der Umschreibung der DNA, bezeichnet. Durch diesen Prozess kann eine Steuerung der Aktivität der Gene erfolgen.

Durch die Genregulation wird somit bestimmt, ob ein Protein, für das die Information auf einem bestimmten Gen gespeichert ist, in der Zelle gebildet wird oder nicht. Durch eine solche Regulation kann auf unterschiedliche Bedürfnisse des Körpers oder auch auf wechselnde Umweltbedingungen reagiert werden.

Man unterscheidet die Genregulation der Prokaryoten, zu denen Bakterien und Archeen zählen, und die Genregulation der Eukaryoten, zu denen alle Lebewesen gehören, deren Zellen einen Zellkern besitzen.

Mutationen

Mutationen sind dauerhafte Veränderungen des Erbguts. Es werden drei verschiedene Mutationsarten unterschieden:

• Genmutation: Veränderung nur eines Gens
• Genommutation: Veränderung der Chromosomenanzahl
• Chromosomenmutation: Veränderung der Chromosomenstruktur

Umwelteinwirkungen, welche Genmutationen auslösen können, werden Mutagene genannt. Es gibt zahlreiche Mutagene: UV-Licht gehört genauso dazu wie Substanzen im Zigarettenrauch. Nicht jede Schädigung der DNA führt jedoch zu einer dauerhaften Genmutation. Reparaturmechanismen der DNA der Zelle können die Schäden ausbessern.

Ab einer gewissen Anzahl an Mutationen wird ein programmierter Zelltod ausgelöst, die sogenannte Apoptose. Dies verhindert, dass bei einer Zellteilung die Veränderungen der DNA an die Tochterzellen weitergegeben werden.

Werden durch Genmutationen Teile der DNA verändert, welche das Wachstum und die Teilung der Zelle regulieren, kann Krebs bzw. ein Tumor entstehen.