14 In der DNA bilden zwei Stränge eine Doppelhelix, die RNA ist ein Einzelstrang Wie kann ein Stoff aussehen, der Erbinformationen speichern und weitergeben kann? Er muss stabil sein, um die Lebenszeit einer Zelle zu überdauern sowie die Informationen lesbar, übertragbar und regulierbar aufweisen. Genetikerinnen und Genetikern war klar, dass die Aufklärung der molekularen Struktur der DNA Wissenschaftsgeschichte schreiben würde. Der Durchbruch gelang schließlich James D. Watson1 und Francis Crick2, die anhand aller verfügbaren Informationen ein Modell entwickelten, das sich als korrekt erwies. Die Grundlagen dazu lieferten frühere Untersuchungen von Rosalind Franklin3 und Maurice Wilkins4 an DNA-Kristallen, die das Modell von Francis und Crick bestätigten: Das DNA-Molekül hat die Form einer Strickleiter, die um ihre Längsachse verdreht ist. Man nennt diese Form eine Doppelhelix (kAbb. 6 links). Die beiden Ränder der Doppelhelix werden von sich abwechselnden Zucker- (Desoxyribose) und Phosphatmolekülen gebildet. Die Stränge sind gegenläufig angeordnet: Dem Anfang des einen liegt das Ende des anderen Strangs gegenüber. Die Sprossen der Strickleiter bestehen immer aus Basenpaaren – und zwar jeweils einer größeren Purin-Base (Adenin oder Guanin) und einer kleineren Pyrimidin-Base (Thymin oder Cytosin). Die Basen der beiden Stränge sind mit Wasserstoffbrücken verbunden: Adenin (A) bindet über zwei Wasserstoffbrücken mit Thymin (T), Guanin (G) bindet über drei Wasserstoffbrücken mit Cytosin (C). A passt also zu T, G passt zu C – es sind komplementäre Basen. In der Reihenfolge der Basen, der Basensequenz, steckt verschlüsselt die Erbinformation. Neben der doppelsträngigen DNA gibt es einen weiteren Typ Nukleinsäure, die RNA (Ribonukleinsäure, kAbb. 6 rechts). Im Unterschied zur DNA besitzt sie eine Ribose statt einer Desoxyribose und die Pyrimidinbase Uracil statt Thymin. Zudem liegen RNA-Moleküle meist als Einzelstränge vor, die viel kürzer sind als DNA-Moleküle. Wenn du die DNA eines Organismus als eine Bibliothek zahlreicher Bücher betrachtest, stellt die RNA dann die Abschrift einzelner Seiten da. Diese Abschriften können verschiedene Funktionen erfüllen, etwa Information aus dem Zellkern zu transportieren (siehe S. 29) oder Strukturen wie Ribosomen ihre Form zu geben. 1 James D. Watson: US-amerikanischer Molekularbiologe, geb. 1928 2 Francis Crick: britischer Molekularbiologe, 1916–2004 3 Rosalind Franklin: britische Biochemikerin, 1920–1958 4 Maurice Wilkins: neuseeländischer Physiker, 1916–2004 Ein DNA-Molekül bildet eine Doppelhelix aus zwei gegenläufigen Strängen Ein RNA-Molekül ist einzelsträngig und kürzer als DNA und besitzt Ribose als Zucker sowie Uracil anstelle von Thymin Abb.5: James Watson und Francis Crick präsentieren 1953 ihr Modell der DNA-Doppelhelix. 1 2 3 4 3‘ 5‘ 3‘ 5‘ DNA doppelsträngig Desoxyribose Uracil 3‘ 5‘ Phosphat Ribose Ribose Wasserstoffbrückenbindung 3‘-Ende 5‘-Ende 3‘-Ende 5‘-Ende A A A A A A A C C C C C C C T T T T T T T G G G G G G G RNA einzelsträngig Adenin Cytosin Thymin Guanin CH 5 Phosphat Die Identifizierung der 3‘- und 5‘-Enden von DNA- und RNA-Strängen basiert auf der Nummerierung der Kohlenstoffatome des Zuckers Ribose bzw. Desoxyribose. RNA enthält im Unterschied zur DNA Ribose und die Base Uracil (U). Abb.6: DNA und RNA. Die DNA ist eine Doppelhelix aus zwei Strängen, die RNA ist meist ein einzelner Strang. 1.2 Die Struktur der Nukleinsäuren Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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