Nukleinsäure - DNA/RNA

DNA - Desoxyribonukleinsäure

In dem Biopolymer DNA ist die genetische Information eines Organismus gespeichert. Die setzt sich aus zahlreichen Desoxyribonucleotiden zusammen, die aus je einer Nucleinbase, einer Pentose und einer Phosphatgruppe aufgebaut sind. Dabei haben Pentose und Phophatgruppe strukturelle Funktion, während die eigentliche Information in den Basen, genauer gesagt in deren Sequenz liegt. Es gibt 4 verschiedene Basen in der DNA:

• Adenin (ein Purinderivat)
• Guanin (ein Purinderivat)
• Thymin (ein Purimidinderivat)
• Cytosin (ein Purimidinderivat)

Die in der DNA auftretende Pentose ist die β-D-2-Desoxyribose. Ist eine Base mit dem β-D-2-Desoxyribose verknüpft, so sprich man von eine Nucleosid (Desoxyadenosin, Desoxyguanosin, Desoxythymidin, Desoxycytidin). Wird nun noch die Hydroxylgruppe des C-5-Atoms an der Pentose mit einer Phosphatgruppe verestert so erhält man ein Nucleotid, die als Nukleosid-5'-phosphate oder 5'-Nucleotide bezeichnet werden. Die lineare Verknüpfung der Nucleotide erfolgt über eine Esterbindung der Phosphatgruppe eines Nucleotides mit der Hydroxylgruppe des C-3-Atoms der Desoxyribose im benachbarten Nucleotides.

Eine Kette von Nucleotiden hat ein Ende mit einer noch veresterbaren Phosphatgruppe, die 5'-OH-Gruppe, und ein Ende mit einer noch veresterbaren Pentose, die 3'-OH-Gruppe. Der DNA-Strang hat also ein Polarität. Wird eine Sequenz angegeben beginnt man bei der 5'-Gruppe und endet bei der 3'-Gruppe (5'-3').

DNA liegt nicht als einzelner Strang vor, sondern ist als Doppelhelix zweier komplementärer, entgegenlaufende Strängen organisiert. Dabei zeigen die Basen in das Innere während die Phosphat- und die Desoxyribosegruppen das äußere Gerüst bilden. Die Basen bilden mit den Basen des komplementären Stranges Wasserbrücken aus. Die Basenpaarung ist spezifisch, d.h. der Molekülaufbau der Basen erlaubt nur, dass sich Adenin mit Thymin und Cytosin mit Guanin zusammenlagert.

Die DNA-Helix besitzt einen Durchmesser von 2 nm und aufeinanderfolgende Basen sind 0,34 nm voneinander entfernt und haben einen Torsionswinkel von 36°. Daraus ergibt sich, das eine Windung 10 Basen oder 3,4 nm entspricht. Diese beschriebene DNA heißt Watson-Crick-B-DNA oder kurz B-DNA, da James Watson und Francis Crick 1953 die Struktur der DNA entschlüsselten. Die anderen Formen, A- und Z-Form, treten in Organismen viel seltener auf als die B-Form.

RNA - Ribonukleinsäure

Die Erbinformation ist in der DNA gespeichert. Um diese Information nutzen zu können muss sie in eine andere Form, die Protein, übersetzt werden, die dann als Enzyme oder Botenstoffe fungiere, übersetzt werden. Als Zwischenstufe dieser Übersetzung dient die RNA. Die Verarbeitung der genetischen Information in Proteine wird Genexpression genannt.

RNA ist wie DNA aus Nukleinbasen, Pentosen und Phosphatgruppen aufgebaut. Anders als bei der DNA fungiert aber D-Ribose als basen-stützender Zucker. Zudem kommt in der RNA kein Thymin, dafür aber das Uracil vor. Die RNA liegt, bis auf einige Stellen mit sogenannten Haarnadelschleifen, als einzelne Stränge vor.

• mRNA - messenger-RNA
• tRNA - transfer-RNA
• rRNA - ribosomale RNA

• Transkription
• Translation

Unter der Transkription versteht man das erzeugen eines mRNA-Stranges anhand eines DNA-Matrizen Stranges. Der Ablauf diese Prozess unterscheidet sich bei Eukaryonten und Prokaryonten im Detail, hat aber den selben Grundablauf:

• Initiation
• Elongation
• Termination

Der sukzessive RNA-Strangaufbau basiert auf der Basenpaarung und wird durch DNA-abhängige RNA-Polymerase katalysiert.

Bei der Translation kommt es zu einer "Übersetzung" der Ribonucleotid-Sequenz der RNA in eine Aminosäuresequenz. Grundlage dafür ist der genetische Code: Eine Übersetzungsvorschrift, bei der ein Codon (Basen-Triplett = drei Nucleinbasen) für eine der 20 proteinogenen Aminosäuren steht. Zudem gibt es auch noch Start und Stoppsignale, die den Begin- bzw. das Ende einer Proteinkette initiieren. Dieser Code ist universell, gilt also für alle Lebewesen (mit wenigen Ausnahmen).

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