DNA DESOXYRIBONUKLEINSÄURE Animation eines Modells der DNA-Doppelhelix mit 12 Basenpaaren. Die Desoxyribonukleinsäure ist eine Nukleinsäure in Form einer Doppelhelix. Sie enthält die genetische Information für die biologische Entwicklung in Zellen und einigen Viren. Die DNA ist ein langes Polymer (ein Polymer ist eine chemische Verbindung, die aus Ketten- oder verzweigten Molekülen (Makromolekül) besteht, die aus gleichen oder gleichartigen Einheiten (den sogenannten Monomeren) bestehen) aus Nukleotiden (ein Nukleotid ist ein Molekül, das als kleinster Baustein von Nukleinsäuren (DNA und RNA) fungiert und auch im genetischen Code verwendet wird) und kodiert die Aminosäuresequenz in Proteinen mit Hilfe des genetischen Codes - eines Triplett-Codes. In eukaryotischen Zellen (so bei Pflanzen, Tieren, Pilzen, usw.), ist der Großteil der DNA im Zellkern lokalisiert, während bei Prokaryoten (einschließlich Eubakteria und Archaea) die DNA meist zirkulär im Cytoplasma vorliegt. Zellorganellen wie die Mitochondrien und die Chloroplasten besitzen eigene DNA. Der Aufbau der DNA Kurzcharakteristik Die Struktur der DNA nach dem Watson-Crick-Modell Die DNA besteht aus 2 langen Molekülketten, die schraubenförmig um eine gemeinsame, gedachte Achse gewunden sind (Doppelhelix-Struktur). Die beiden Ketten (DNA-Einzelstränge) sind rechtsgewunden und antiparallel. Jede Kette besteht aus abwechselnd angeordneten Phosphorsäureresten und Desoxyribosemolekülen, die durch 3’, 5’ Phosphodiesterbindungen untereinander verbunden sind. An das Desoxyribose-Rückgrat sind organische Basen (Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin) gebunden, die in den hydrophoben Kern der Helix ragen. Die Desoxyribosemoleküle stehen senkrecht zu den Basen. Die Ebenen der Basen stehen senkrecht zur gemeinsamen, gedachten Achse. Die Ebenen der Zuckermoleküle sind 0,34 nm voneinander entfernt und stehen in einem Winkel von 36° zueinander. Somit wird eine vollständige Drehung nach 10 Basen, folglich 360° und 3,4 nm, erreicht. Der Abstand der Phosphate von der Achse beträgt 1 nm. Die DNA ist aufgrund der Phosphate negativ geladen. Die beiden Einzelstränge werden über die Purin- bzw. Pyrimidinbasen zusammengehalten, die über Wasserstoffbrücken miteinander verbunden sind. hydrophobe Wechselwirkungen zwischen den gestapelten Basen stabilisieren die Helixstruktur. Ein Basenpaar besteht immer aus einer Purin- und einer Pyrimidinbase. Die Basenpaare, die gebildet werden sind: A mit T und G mit C. Die Wasserstoffbrücken werden zwischen den Molekülpositionen 1=1 und 6=6 aufgebaut. Bei Guanin und Cytosin zusätzlich zwischen 2=2.   Die Basenabfolge in einer Kette ist zwar beliebig, aber für ein bestimmtes DNA-Molekül meist charakteristisch. Nach dem Prinzip der komplementären Basenpaarungen bestimmt die Reihenfolge der Basen in der einen Kette die Abfolge der Basen in der zweiten KetteEin Nukleotid ist aus drei Bestandteilen aufgebaut: einer Phosphorsäure (P) (Monophosphat, Diphosphat oder Triphosphat), einem Monosaccharid (Zucker) mit 5 C-Atomen, auch Pentose (Z) genannt, das als Fünfring (Furanosering) vorliegt, einer der fünf Nukleobasen, nämlich Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C), Thymin (T) oder Uracil (U). In der DNA werden nur vier dieser Basen (A, G, C, T) verwendet, in der RNA ist die Nukleobase Thymin (T) gegen Uracil (U) ausgetauscht. Die Nukleotide unterscheiden sich also durch die Base, die jeweils eingebaut ist, und durch den Zucker (die Pentose), der bei der DNA die Desoxyribose und bei der RNA die Ribose ist. Von den Nukleotiden sind die Nukleoside zu unterscheiden, die nur aus der Nukleobase und der daran gebundenen Pentose bestehen, an die jedoch kein Phosphatrest gebunden ist. Die einzelnen Basen A Adenin C Cytosin G Guanin T Thymin U Uracil Die Nukleobasen und das, was aus ihnen entsteht, im Einzelnen: für Ribose als Zucker und einem Phosphatrest: Nukleobase Nukleosid Nukleotid Adenin A Adenosin Adenosinmonophosphat AMP Guanin G Guanosin Guanosinmonophosphat GMP Cytosin C Cytidin Cytidinmonophosphat CMP Uracil U Uridin Uridinmonophosphat UMP für Desoxyribose als Zucker und einem Monophosphat als Phosphatrest: Nukleobase Nukleosid Nukleotid Adenin A Desoxyadenosin Desoxyadenosinmonophosphat dAMP Guanin G Desoxyguanosin Desoxyguanosinmonophosphat dGMP Cytosin C Desoxycytidin Desoxycytidinmonophosphat dCMP Thymin T Desoxythymidin Desoxythymidinmonophosphat dTMP Nukleosid = Nukleobase + Pentose Nukleotid = Nukleobase + Pentose + Phosphatrest Der genetische Code ist eine Regel, nach der in Nukleinsäuren befindliche Dreiergruppen aufeinanderfolgender Nukleotide (oder Nukleobasen) – Tripletts oder Codons genannt – in Aminosäuren übersetzt werden.  ...ccacggactccctcagGTCACCATCCTGGAGGCAGATAACAGGATCGGGGGC                            V  T  I  L  E  A  D  N  R  I  G  G  CGCATCTTCACCTACCGGGACCAGAACACGGGCTGGATTGGGGAGCTGGGAGCC R I  F  T  Y  R  D  Q  N  T  G  W  I  G  E  L  G  A   ATGCGCATGCCCAGCTCTCACAGgtgacctagcaacccacccacctgtgtgcc... M R  M P  S  S  H  R                               Beispiel für das Exon eines Gens (in Großbuchstaben dargestellt, und mit der kodierten Proteinsequenz darunter). Die Basen A, C, G und T bilden die Bausteine für die Gene, die in Proteinfabriken (Ribosomen) in Proteine übersetzt werden. Jeweils drei Basen kodieren für eine von 20 Aminosäuren (z.B. die Basenabfolge GTC für die Aminosäure Valin, die mit V abgekürzt wird). Das Exon wird von Introns flankiert, von denen hier jeweils nur einige Basen dargestellt sind. Oberhalb und unterhalb dieses Exons befinden sich auf dem Chromosom weitere Exons (und Introns) desselben Gens. Erst wenn alle Exons durch Spleißen aneinandergehängt wurden, kann die Basenabfolge der Boten RNA (mRNA), und die Aminosäuresequenz des kodierten Proteins in ununterbrochener Reihenfolge bestimmt werden.
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