Allgemeinheit
DNA oder Desoxyribonukleinsäure ist das genetische Erbe vieler lebender Organismen, einschließlich des Menschen.
Ein generisches DNA-bildendes Nukleotid enthält 3 Elemente: eine Phosphatgruppe, den Desoxyribose-Zucker und eine stickstoffhaltige Base.
Die in Chromosomen organisierte DNA dient der Erzeugung von Proteinen, die eine grundlegende Rolle bei der Regulierung aller zellulären Mechanismen eines Organismus spielen.
Was ist DNA?
DNA ist das biologische Makromolekül, das alle Informationen enthält, die für die ordnungsgemäße Entwicklung und Funktionsweise der Zellen eines lebenden Organismus erforderlich sind.
ES IST EINE NUKLESÄURE
Dank des Bildes eines generischen Nucleotids kann der Leser sehen, dass die Pentose das Element darstellt, an das die Phosphatgruppe (über eine Phosphodiesterbindung) und die stickstoffhaltige Base (über eine N-glycosidische Bindung) gebunden sind.
Die Abkürzung DNA bedeutet Desoxyribonukleinsäure oder Desoxyribonukleinsäure .
Desoxyribonukleinsäure gehört zur Kategorie der Nukleinsäuren, dh der biologischen Makromoleküle, die aus langen Ketten von Nukleotiden bestehen .
Ein Nukleotid ist die molekulare Einheit einer Nukleinsäure, die sich aus der Vereinigung von 3 Elementen ergibt:
- Eine Phosphatgruppe ;
- Eine Pentose, das ist ein Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen;
- Eine stickstoffhaltige Base .
Eine andere sehr wichtige Nukleinsäure: RNA
Eine weitere grundlegende Nukleinsäure für das reibungslose Funktionieren der Zellen vieler Organismen ist die RNA . Die Abkürzung RNA steht für Ribonukleinsäure .
Ribonukleinsäure unterscheidet sich von Desoxyribonukleinsäure in Bezug auf Nukleotide.
WARUM SAGT ES GENETISCHES ERBE?
Genetik- und Molekularbiologiebücher definieren DNA mit der Terminologie des genetischen Erbes .
Um die Verwendung dieser Formulierung zu rechtfertigen, ist die Tatsache, dass die DNA der Sitz der Gene ist . Gene sind Nukleotidsequenzen, von denen Proteine abgeleitet sind. Proteine sind eine weitere Klasse von biologischen Makromolekülen, die für das Leben unverzichtbar sind.
In den Genen eines jeden von uns gibt es einen "geschriebenen" Teil dessen, was wir sind und was wir werden.
DNA-ENTDECKUNG
Die Entdeckung der DNA ist das Ergebnis zahlreicher wissenschaftlicher Experimente.
Die erste und wichtigste Forschung in dieser Hinsicht begann Ende der 1920er Jahre und gehörte einem englischen medizinischen Offizier namens Frederick Griffith ( Griffiths Transformationsexperiment ). Griffith definierte das, was wir heute DNA nennen, unter dem Begriff " Transformationsprinzip " und hielt es für ein Protein.
Griffiths Experimente wurden von dem amerikanischen Biologen Oswald Avery mit seinen Mitarbeitern zwischen 1930 und 1940 fortgesetzt. Avery zeigte, dass Griffiths "Transformationsprinzip" kein Protein, sondern eine andere Art von Makromolekül war: eine Nukleinsäure .
Die genaue Struktur der DNA war bis 1953 unbekannt, als James Watson und Francis Crick das sogenannte " Doppelhelixmodell " vorschlugen, um die Anordnung der Nukleotide innerhalb der Desoxyribonukleinsäure zu erklären.
Watson und Crick hatten eine unglaubliche Intuition und zeigten der gesamten wissenschaftlichen Gemeinschaft, wonach Biologen und Genetiker jahrelang gesucht hatten.
Die Entdeckung der genauen DNA-Struktur ermöglichte das Studium und das Verständnis der biologischen Prozesse, an denen Desoxyribonukleinsäure beteiligt ist: von der Replikation und Bildung von RNA (einer anderen Nukleinsäure) bis zur Erzeugung von Proteinen.
Grundlegend für die Beschreibung des Watson- und Crick-Modells waren einige Studien von Rosaling Franklin, Maurice Wilkins und Erwin Chargaff .
Struktur
Das sogenannte "Doppelhelixmodell" von Watson und Crick zeigte, dass DNA ein sehr langes Molekül ist, das aus zwei Strängen von Nukleotiden (Polynukleotidfilamenten) besteht. Diese beiden Polynukleotidfilamente sind miteinander verbunden, aber in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet und umwickeln sich wie eine Spirale.
Da die Struktur der DNA ein ziemlich komplexes Thema ist, werden wir versuchen, die wichtigsten Punkte zu zitieren, ohne die Details zu überschreiten.
WAS IST DIE DNA PENTOSO?
Der Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen, der die Struktur der DNA-Nukleotide kennzeichnet, ist Desoxyribose .
Von den 5 Kohlenstoffatomen der Desoxyribose verdienen 3 eine besondere Erwähnung:
- Der sogenannte " Kohlenstoff 1 ", weil er die stickstoffhaltige Base verbindet ;
- Der sogenannte " Kohlenstoff 2 ", weil er dem Zucker den Namen Desoxyribose gibt (Anmerkung: Desoxyribose bedeutet "sauerstofffrei" und bezieht sich auf die Abwesenheit von Sauerstoffatomen, die an Kohlenstoff gebunden sind);
- Der sogenannte " Kohlenstoff 5 ", weil er an die Phosphatgruppe bindet.
Vergleich mit RNA
Pentose ist Ribose in RNA-Molekülen. Ribose unterscheidet sich von Desoxyribose nur durch die Anwesenheit eines Sauerstoffatoms auf dem "Kohlenstoff 2".
Der Leser kann diesen einen Unterschied erkennen, wenn er sich die folgende Abbildung ansieht.
ARTEN VON NUKLEOTIDEN UND STICKSTOFFBASEN
DNA hat 4 verschiedene Arten von Nukleotiden .
Zur Unterscheidung dieser Elemente dient nur die stickstoffhaltige Base, die an das Pentose-Phosphat-Gruppengerüst gebunden ist (das im Gegensatz zur Base niemals variiert).
Aus offensichtlichen Gründen sind die stickstoffhaltigen Basen der DNA 4: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T).
Adenin und Guanin gehören zur Klasse der heterocyclischen Purin -Doppelringverbindungen.
Cytosin und Thymin fallen andererseits in die Kategorie der Pyrimidine, heterocyclische Einringverbindungen.
Das Doppelhelix-Modell von Watson und Crick ermöglichte es, zwei damals völlig unbekannte Aspekte zu klären:
- Jede stickstoffhaltige Base, die auf einem DNA-Strang vorhanden ist, verbindet sich mit einer stickstoffhaltigen Base, die auf dem anderen DNA-Strang vorhanden ist, und bildet effektiv ein Paar, eine Paarung von Basen.
- Die Paarung zwischen den stickstoffhaltigen Basen der beiden Stränge ist hochspezifisch. Tatsächlich bindet Adenin nur Thymin, während Cytosin nur an Guanin bindet.
Nach dieser zweiten sensationellen Entdeckung nannten Molekularbiologen und Genetiker Adenin- und Thyminbasen sowie Cytosin- und Guaninbasen " komplementär zueinander ".
Die Identifizierung von komplementären Paaren zwischen stickstoffhaltigen Basen war der Schlüssel zur Erklärung der physikalischen Dimensionen der DNA und der besonderen Stabilität der beiden Stränge.
Ein generisches menschliches DNA-Molekül enthält ungefähr 3, 3 Milliarden basische Stickstoffpaare (das sind ungefähr 3, 3 Milliarden Nukleotide pro Filament).
Vergleich mit RNA
In RNA-Molekülen sind die stickstoffhaltigen Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil . Letzteres ist ein Pyrimidin und ersetzt das Thymin.
VERBINDUNG UNTER DEN NUKLEOTIDEN
Um die Nucleotide jedes einzelnen DNA-Strangs zusammenzuhalten, bestehen Bindungen vom Phosphodiestertyp zwischen der Phosphatgruppe eines Nucleotids und dem sogenannten "Kohlenstoff 5" des unmittelbar folgenden Nucleotids.
FILAMENTE HABEN GEGENÜBER DER AUSRICHTUNG
Die DNA-Stränge haben zwei Enden, die mit 5 '("fünf zuerst") und 3' ("drei zuerst") bezeichnet sind. Konventionell haben Biologen und Genetiker festgestellt, dass das 5' - Ende den Kopf eines DNA-Strangs darstellt, während das 3'-Ende den Schwanz darstellt .
Als Watson und Crick ihr "Doppelhelixmodell" vorschlugen, behaupteten sie, dass die beiden Stränge, aus denen sich die DNA zusammensetzt, eine entgegengesetzte Orientierung haben. Dies bedeutet, dass der Kopf und der Schwanz eines Filaments jeweils mit dem Schwanz und dem Kopf des anderen Filaments zusammenwirken.
Kurzstudie des 5'-Endes und 3'-Endes
Die an den "Kohlenstoff 5" eines Nucleotids gebundene Phosphatgruppe ist sein 5'-Ende, während die an den "Kohlenstoff 3" (-OH in der Figur) gebundene Hydroxylgruppe sein Ende 3 'darstellt.
Die Vereinigung mehrerer Nukleotide erhält diese Disposition aufrecht, und aus diesem Grund werden die DNA-Sequenzen in den Büchern der Genetik und Molekularbiologie wie folgt beschrieben: P-5 '→ 3'-OH
* Bitte beachten Sie: Der Großbuchstabe P kennzeichnet das Phosphoratom der Phosphatgruppe.
SITZ IN DER ZELLE UND IN DEN CHROMOSOMEN
Eukaryotische Organismen (der Mensch ist unter ihnen) besitzen im Kern jeder ihrer Zellen ein gleiches (und persönliches) DNA-Molekül .
Im Zellkern (immer in einem eukaryotischen Organismus) ist die DNA in verschiedenen Chromosomen organisiert . Jedes Chromosom enthält einen präzisen DNA-Abschnitt, der bestimmten Proteinen (Histonen, Koexinen und Kondensaten) zugeordnet ist. Die Assoziation zwischen DNA und chromosomalen Proteinen wird als Chromatin bezeichnet .
Chromosomen beim Menschen
Ein Organismus ist diploid, wenn die DNA im Zellkern in Chromosomenpaaren ( homologen Chromosomen genannt ) organisiert ist.
Der Mensch ist ein diploider Organismus, da er 23 Paare homologer Chromosomen (also insgesamt 46 Chromosomen) in seinen Körperzellen hat.
Wie bei vielen anderen Organismen hat jedes dieser Paare ein Chromosom mütterlichen Ursprungs und ein Chromosom väterlichen Ursprungs.
In diesem soeben beschriebenen Bild stellen die Geschlechtszellen (oder Gameten) einen Einzelfall dar: Diese besitzen die Hälfte der Chromosomen einer normalen Körperzelle (daher im Menschen 23) und werden aus diesem Grund als haploide bezeichnet .
Eine menschliche Geschlechtszelle erreicht während der Befruchtung den normalen Satz von 46 Chromosomen.
Funktion
DNA dient zur Erzeugung von Proteinen, Makromolekülen, die für die Regulation der zellulären Mechanismen eines Organismus unverzichtbar sind.
Menschliche Chromosomen
Der Prozess, der zur Bildung von Proteinen führt, ist sehr komplex und beinhaltet einen grundlegenden Zwischenschritt: die Transkription von DNA in RNA .
Das RNA-Molekül ist vergleichbar mit einem Wörterbuch, da es die Übersetzung von DNA-Nukleotiden in die Aminosäuren von Proteinen ermöglicht .
Die Proteinsynthese - ein Vorgang, der nicht überraschend als Translation bezeichnet wird - umfasst einige kleine zelluläre Organellen, die als Ribosomen bekannt sind .
DNA → RNA → Protein ist das, was Experten als zentrales Dogma der Molekularbiologie bezeichnen.
