EL-MO II Moleküle, Schulbuch

142 9.6 DER EIWEISSSTOFFWEChSEL DNA • RNA • Eiweißsynthese • Genetischer Code • Vererbung • Mutation Die Eiweißstoffe der Nahrung dienen nicht primär der Energiegewinnung, sondern zum Aufbau von körpereigenem Eiweiß. Der Organismus baut ständig Eiweiß ab und zugleich baut er neues auf. Damit wird vor allem das Funktionieren der lebenswich - tigen Enzyme garantiert. Schadhafte Moleküle, die sich mit der Zeit anhäufen und zu Problemen führen würden, werden durch die ständige Neusynthese vermieden. Aufgrund seiner Bedeutung steht daher in diesem Kapitel der Aufbau von Eiweiß - stoffen aus den Aminosäuren im Vordergrund. Die Struktur der DNA Informationsspeicherung • Informationsweitergabe Die Aminosäuresequenz der Proteine ist genetisch festgelegt. Das Material, mit dem diese Festlegung erfolgt, nennt man DNA (DNS = Desoxyribonucleinsäure; interna - tional ist der englische Ausdruck DNA üblich – engl.: acid = Säure). Die DNA ist vor allem im Zellkern zu finden. Sie hat zwei Hauptaufgaben. Die eine ist, die Informa - tion für die tägliche Proteinsynthese in jeder Zelle zu liefern, die andere die Weiter - gabe dieser Information an die nächste Generation, also die Vererbung. Im Prinzip enthält jeder Zellkern die Information für den Bau des gesamten Lebewesens. Die DNA ist ein langes, kettenförmiges Makromolekül aus Nucleotiden (Abb. 142.3). Nucleotide bestehen wieder aus einem oder mehreren Phosphatresten, einem Zu - ckeranteil und einer stickstoffhältigen Base mit Purin- oder Pyrimidin-Grundstruktur. In der DNA kommen 4 Basen vor, die Purine Adenin (A) und Guanin (G) sowie die Pyrimidine Thymin (T) und Cytosin (C) . Wenn die Base mit einem Zuckerrest kon - densiert ist, spricht man von einem Nucleosid (Abb. 142.1). Bei den Nucleosiden der DNA ist der Zuckerrest die D-Desoxyribose, ein C 5 -Zucker, der in Furanoseform vor - liegt und dem am 2. Kohlenstoff-Atom gegenüber der Ribose ein Sauerstoff fehlt. Diese Desoxyribose ist am ersten C-Atom mit den Basen kondensiert (Purine am N 9 , Pyrimidine am N 1 ). Dieses C 1 liegt in β -Form vor, dh. die Stickstoffbase steht oberhalb der Ringebene des Zuckers. Das Nucleosid ist am 5. Kohlenstoff-Atom mit Phosphor - säure verestert. Diese Struktur nennt man Nucleotid. In Abb. 142.2 ist eine Triphos - phatgruppe beteiligt. Diese Struktur entspricht der des ATP, nur ist hier eine Des - oxyribose beteiligt, im ATP eine Ribose. Die Verbindung wird auch dATP (= DesoxyATP) genannt. Sie ist eines der 4 Vorstufen-Moleküle zur DNA-Synthese. Verknüpft man solche Nucleotide durch Kondensation zwischen der OH-Gruppe am 3. Kohlenstoff-Atom der Desoxyribose und der Phosphorsäure (unter Abspaltung von 2 Phosphatgruppen, die die energiereiche Bindung für die Verknüpfung zur Ver - fügung stellen), so entsteht das Makromolekül DNA. Ein DNA-Molekül (Abb. 142.3) besteht also aus einem immer gleich bleibenden Strukturelement, gebildet aus Phosphorsäure und Desoxyribose und den 4 Stick - stoffbasen. Sie sind das einzige Variable im Molekül. Ihre Abfolge wird als Kurz - schreibweise für das DNA-Molekül verwendet (zB GTCACCTAG), ähnlich wie die Ami - nosäureabkürzungen für das Protein. In dieser Basensequenz ist die Erbinformation verschlüsselt. Auch hier muss die Richtung festgelegt werden, da die DNA ein Ende mit unverknüpfter Desoxyribose am C 3 und ein Ende mit freier Phosphorsäure am C 5 der Desoxyribose hat. Nach Übereinkunft schreibt man DNA-Moleküle immer in 5´–3´-Richtung, beginnt also (links) mit der Phosphorsäure am C 5 . Ähnlich wie Proteine eine Sekundärstruktur ausbilden, bildet sich auch bei DNA- Molekülen eine charakteristische Struktur. Man nennt sie Doppelhelix . Sie wurde 1953 vom Amerikaner James D. Watson (geb. 1928) und dem Engländer Francis H. Crick (1916–2004) aufgrund von Röntgenstrukturanalysedaten postuliert. Das Struk - turmodell erwies sich durch spätere Forschungsergebnisse als grundsätzlich richtig. Es führte zum Modell der Informationsweitergabe bei Zellteilungen und der Verer - bung und zur Entschlüsselung des genetischen Codes. Für ihre Leistungen wurden Watson und Crick 1962 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Die Doppelhelix entsteht durch Wasserstoffbrücken zwischen den Stickstoffbasen. Adenin ist für Thymin der Partner, Guanin für Cytosin (Abb. 143.1). Durch diese Was - CH 2 C H N H OH H H C C C H O N N N NH 2 O H CH 2 C H N H H H C C C H O N N N NH 2 O P O O O H O P O O O P O O O CH 2 C H N H H H C C C H O 5 1 2 3 4 Adenin Guanin Thymin N N NH O O P O O O Cytosin CH 2 C H N H H H C C C H O N N N NH 2 O P O O O CH 2 C H N H H H C C C H O O P O O O NH 2 N O NH 2 CH 2 C H N H H H C C C H O O P O O O NH O O O P O O O H 3 C Abb. 142.3: Ausschnitt aus einer DNA-Kette Abb. 142.2: Desoxyadenosin-5´-triphosphat – ein Nucleotid Abb. 142.1: Desoxyadenosin – ein Nucleosid 9 der STOFFWeCHsel Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv