Die DNA – Aufbau & Replikation

Ohne Zellteilung könnten wir nicht existieren. Die Replikation der DNA, unserer Erbgutinformation, spielt dabei eine ganz wichtige Rolle.

Der helixförmig aufgewundene DNA-Strang besteht aus Nucleinsäuren (Nucleotiden), die sich aus Zucker, Phosphatresten und einer organischen Base zusammensetzen. Bei der DNA nennt sich der Zucker „Desoxyribose“. Die organischen Basen können entweder eine Purin-, zu denen Cytosin und Thymim gehören, oder Pyrimidin-Grundstruktur, die bei Adenin und Guanin vorhanden ist, besitzen.

In der DNA findet man die Basen Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin, in der RNA (Rubinukleinsäure) allerdings statt des Thymins Uracil. Die RNA ist im Gegensatz zur DNA keine Doppel- sondern eine Einzelhelix und transportiert und übersetzt die Information der DNA, was vor allem für die auf die DNA-Replikation folgende Proteinbiosynthese wichtig ist.

Das Grundgerüst der DNA ist eine Kette aus sich wiederholenden Zucker-Phosphat-Gruppen mit variablen Seitenketten, den Basen. Die beiden DNA-Stränge werden durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den komplementären Basen (Adenin-Thymin und Cytosin-Guanin) zusammengehalten.

Replikation

Bevor sich eine Zelle teilt (in der Interphase der Mitose), muss das Erbgut (DNA) verdoppelt werden, damit auch dieses weitergegeben werden kann – und keine zweite Zelle ohne DNA entsteht.

Dazu entspiralisiert das Enzym Toposomerase die DNA, anschließend teilt die Helicase an den Wasserstoffbrückenbindungen die Doppelhelix, bzw. die Basenpaare Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin. Damit sich die Basen nicht wieder verbinden können, setzen sich sogenannte SSB-Proteine an die äußeren Stränge.

Die frei im Cytoplasma schwimmenden Nucleotid-Basen müssen nun an die beiden „alten“ DNA-Stränge herangeführt werden, um sie zu vervollständigen und sie damit zu einem neuen zu machen. Diese Aufgabe erledigt die DNA-Polymerase 3. Sie setzt sich an das 3er-Ende des Stranges, nimmt sich die passenden Basen aus dem Cytoplasma und setzt sie Stück für Stück in Richtung 5er-Ende an die Basen des DNA-Stranges.

Der andere Strang aber braucht Hilfe beim Synthesieren (diskontinuierliche Synthese), da sich das 3er-Ende zu weit weg befindet, als dass die DNA-Polymerase 3 (die nur vom 3er- bis zum 5-er Ende arbeiten kann) ihn vervollständigen kann. Dafür ist das Enzym Primasezuständig: sie setzt sich an den Strang an und bildet denPrimer, ein kurzes Stück DNA-Strang. Nun kann die DNA-Polymerase 3 andocken und weiterarbeiten.

Allerdings müssen diese Primer-Stücke noch durch „echte“ Nucleotiden ersetzt werden – und das erledigt dann die DNA-Polymerase 1. Das Enzym Ligase hilft ihr dabei, indem sie das eingesetzte Nucleotid mit dem anderen Basen verbindet.

Nun ist die Replikation abgeschlossen: eine zweite Doppelhelix ist entstanden!

Proteinbiosynthese

Die Proteinbiosynthese ist dazu da, Eiweiß zu produzieren (Protein = Eiweiß). Um diese Proteine produzieren zu können, benötigt die RNA, wie oben bereits erwähnt, Informationen der DNA. In der Transkription wird eine Kopie der DNA erstellt, indem dessen genetische Information auf die einsträngige RNA-Helix übertragen wird.

Diese Boten-RNA, die in der Fachsprache „mRNA“ (messenger-RNA) genannt wird, wandert weiter zu den im Cytoplasma der Zelle frei herum schwimmenden Ribosomen, in der die eigentliche Proteinbiosynthese stattfindet.

Die Ribosomen sind in der Lage, den genetischen Code der mRNA zu lesen und mit seiner HIlfe, der ihnen als eine Art „Bauanleitung“ dient, Aminosäuren herzustellen. Werden diese dann wieder ins Zellinnere freigesetzt, müssen sie von der sogenannten „tRNA“ (Transkriptions-RNA) eingesammelt und zur mRNA transportiert werden. Von den Aminosäuren gibt es 20 verschiedene Arten, weshalb man auch mindestens genauso viele Sorten der tRNA voneinander unterscheidet – es gibt für jede Aminosäure nur eine tRNA, die passt.

Das Andocken an die mRNA wird durch eine individuelle, an der tRNA sitzende Basenfolge (bestehend aus drei Basen, i.d. Biologie Anticodon genannt) ermöglicht, die – vorausgesetzt, die mRNA besitzt die dazu passende (komplementäre) Basenfolge – sich mit den Basen dieser verbinden und die Übertragung der transportierten Aminosäure beginnen kann.

Anschließend werden in der mRNA die Aminosäuren zu einer langen Kette verknüpft: ein Protein ist entstanden.

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