EL-MO II Moleküle, Schulbuch

143 serstoffbrücken halten immer 2 DNA-Stränge zusammen. Sie sind schraubenförmig um eine gemeinsame Achse gewunden. Außen befinden sich Phosphorsäuren und Desoxyribosen, innen die Basen. (Abb. 143.2) Die Richtung der 2 DNA-Stränge ist entgegengesetzt. Eine Schraubenwindung besteht aus 10 Nucleotideinheiten. DNA- Moleküle sind sehr lang. In Extremfällen können 10 7 Basenpaare beteiligt und das Molekül 2 cm lang sein. Die Basen füllen den Innenraum der Helix weitgehend aus. Dies ist der Grund, wes- halb immer A–T- und G–C-Basenpaare auftreten. 2 Purine wären zu groß und hätten nicht Platz, 2 Pyrimidine wären zu klein und könnten einander nicht nahe genug zur Wasserstoffbrückenbindung kommen. Diese Doppelhelix-Struktur bietet zwei große Vorteile. Erstens sind die Daten in einem Molekül doppelt gesichert. Sollte es zu Störungen in einer Kette kommen, so kann anhand des anderen, intakten Kettenteils die DNA wieder rekonstruiert werden. Reparaturenzyme (Abb. 145.2) sorgen für diese Rekonstruktion. Dadurch wird die Fehlerquote beim Aufbewahren der Infor- mation klein gehalten. Der zweite Vorteil ist die problemlose Verdoppelung der In- formation, die bei jeder Zellteilung stattfinden muss. Die Doppelhelix öffnet sich und für jeden Einzelstrang wird der komplementäre Strang neu synthetisiert. (Abb. 143.3) Am Ende liegen 2 idente Doppelhelices vor. Jede Tochter-DNA besteht zur Hälfte aus der ursprünglichen Mutter-DNA und ist zur andern Hälfte neu synthetisiert. Versuche mit isotopenmarkierter DNA haben diese Vorstellung bestätigt. Die Verdopplung er- folgt allerdings komplizierter als im „Reißverschluss-Modell“ in Abb. 143.3 dargestellt, da die Synthese in beiden Strängen in 5´–3´-Richtung erfolgen muss. Die DNA befindet sich, an bestimmte Proteine gebunden, im Zellkern. Diese Nucleo- proteide bauen die Chromosomen auf. In diesen ist also die Erbinformation gespei- chert. Die gesamte Erbinformation nennt man Genom . Normalerweise liegt in den Zellen jedes Chromosom (mit Ausnahme der Geschlechtschromosomen) paarweise vor ( diploider Chromosomensatz ). Bei den normalen Zellteilungen wird der gesam- te Chromosomensatz identisch verdoppelt. Die DNA enthält aber nicht nur die Information für die Zelle selbst, sondern leistet auch die Informationsweitergabe an die nächste Generation durch die geschlecht- liche Vermehrung. Hier findet eine „Mischung“ der Informationen der 2 Elterngeno- me statt. Die Geschlechtszellen müssen daher nur den einfachen Chromosomensatz enthalten ( haploider Chromosomensatz ). Dies wird durch eine Form der Zellteilung erreicht, die man Meiose nennt. Die 2 Geschlechtszellen (Ei- und Samenzelle) ver- einigen sich und die Ausgangszelle des neuen Organismus erhält so wieder einen diploiden Chromosomensatz, bei dem das Genom zur Hälfte vom Vater und zur Hälfte von der Mutter vererbt wurde. Dieser Vorgang verhindert ein exponentielles Anwachsen der Chromosomenzahl von Generation zu Generation. Die Biosynthese von Proteinen Die DNA enthält den Bauplan der Proteine. Ihr chemischer Aufbau ist uns bekannt. Nun sind noch zwei Fragen zu klären: 1. In welcher Weise ist die Aminosäuresequenz in der Basensequenz verschlüsselt? 2. Wie erfolgt die „Übersetzung“ der Basensequenz in die Proteinsynthese? Die erste Frage ist die Frage nach dem genetischen Code . Es ist klar, dass eine Ami- nosäure von mehreren Basen codiert sein muss, da es 20 Aminosäuren, aber nur 4 DNA-Basen gibt. Mit einer Base könnten 4, mit 2 Basen 16 Aminosäuren codiert werden. Also sind für eine eindeutige Zuordnung pro Aminosäure mindestens 3 Ba- sen erforderlich. Dies erlaubt theoretisch die Codierung von 64 Aminosäuren. Bis 1966 wurde der genetische Code vor allem durch Arbeiten der Amerikaner Har Khorana und Marshall Nierenberg entschlüsselt (Nobelpreis 1968). Die Codewörter ( Codons ) bestehen immer aus Trinucleotiden ( Basentripletts , Abb. 144.1). Der Code ist degeneriert und eindeutig. Degeneriert bedeutet, dass es zu einer Aminosäure meist mehrere Codons gibt. Eindeutig bedeutet, dass 1 Codon nur 1 Aminosäure codiert. Neben den Codons für Aminosäuren gibt es auch solche für Stop und Start. Sie markieren Beginn und Ende der Sequenz, die ein bestimmtes Protein codiert. Da das Codon für Start (AUG) identisch ist mit dem (einzigen!) für die Aminosäure Methionin, muss das Startsignal komplexer sein. Auch dies ist heute aufgeklärt. Alter DNA-Doppelstrang Neuer DNA-Doppelstrang Neuer DNA-Doppelstrang A A T C A GA T A C A GGC T A A T T T AG T C GA T T A C T A T G T C C G A T T A C A G G C T A A T Abb. 143.3: Verdopplung der DNA und Weitergabe der Erbinformation Abb. 143.2: Der DNA-Doppelstrang Abb. 143.1: Die Basenpaare der DNA N N O H O H 3 C N N NH H N N N N N H H O N N N N H NH H O Thymin Adenin Cytosin Guanin 9.6 Der EIWeIssstOffWechsel Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv