DNA: Aufbau und Verdopplung der Erbsubstanz
Du lernst die Doppelhelix der DNA mit Nukleotiden und komplementären Basenpaaren kennen und verstehst die semikonservative Replikation.
Worum es geht
Die Erbinformation aller Lebewesen ist in der DNA (Desoxyribonukleinsäure, englisch deoxyribonucleic acid) gespeichert. Bei Eukaryoten liegt sie vor allem im Zellkern.
Aufbau
Die DNA ist ein langes Kettenmolekül aus vielen Nukleotiden. Jedes Nukleotid besteht aus:
- einem Zucker (Desoxyribose)
- einem Phosphatrest
- einer von vier Basen: Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C)
Zucker und Phosphat bilden das Rückgrat des Strangs. Zwei Stränge sind über die Basen miteinander verbunden und zu einer Doppelhelix gewunden, ähnlich einer verdrehten Strickleiter. Das Modell veröffentlichten James Watson und Francis Crick 1953, wesentlich gestützt auf Röntgenaufnahmen von Rosalind Franklin.
Komplementäre Basenpaarung
Die Basen paaren sich immer nach einer festen Regel:
- A mit T (zwei Wasserstoffbrücken)
- G mit C (drei Wasserstoffbrücken)
Kennt man einen Strang, ist der andere festgelegt. Zu 5'-ATGCCA-3' gehört der Gegenstrang 3'-TACGGT-5'. Die beiden Stränge verlaufen antiparallel (in entgegengesetzter Richtung).
Gen, Chromosom, Genom
- Ein Gen ist ein Abschnitt der DNA, der die Information für ein bestimmtes Merkmal oder Protein enthält.
- Vor der Zellteilung ist die DNA mit Proteinen dicht zu Chromosomen verpackt. Der Mensch hat in jeder Körperzelle 46 Chromosomen (23 Paare).
- Die gesamte Erbinformation heißt Genom. Das menschliche Genom umfasst etwa 3 Milliarden Basenpaare.
Replikation
Vor jeder Zellteilung muss die DNA verdoppelt werden:
- Das Enzym Helicase trennt die beiden Stränge wie einen Reißverschluss.
- Die DNA-Polymerase lagert an jeden Einzelstrang passende Nukleotide nach der Basenpaarungsregel an.
- Es entstehen zwei identische DNA-Doppelstränge, jeder aus einem alten und einem neuen Strang.
Weil jeder Doppelstrang einen alten Strang behält, nennt man die Replikation semikonservativ.
Kurz gemerkt
DNA besteht aus Nukleotiden (Zucker, Phosphat, Base) und bildet eine Doppelhelix. A paart immer mit T, G immer mit C. Bei der semikonservativen Replikation dient jeder Strang als Vorlage für einen neuen.
Beispiele
Beispiel 1
- A paart mit T, T mit A, G mit C, C mit G
- Gegenstrang antiparallel
Ergebnis 3'-TTACGCAT-5'
Beispiel 2
- Wegen der Paarung ist Thymin ebenfalls 30 %.
- Für G und C bleiben 100 % − 60 % = 40 %, je zur Hälfte.
Ergebnis 20 % Guanin (und 20 % Cytosin)
Aufgaben zum Üben
Nenne die vier Basen der DNA.
Lösung anzeigen
Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin.
Wie viele Chromosomen hat eine menschliche Körperzelle?
Lösung anzeigen
46 (23 Paare).
Warum heißt die Replikation semikonservativ?
Lösung anzeigen
Jede neue Doppelhelix enthält einen alten und einen neu gebildeten Strang.
Ergänze: 5'-GGCTA-3'
Lösung anzeigen
3'-CCGAT-5'
Häufige Fehler vermeiden
Adenin wird mit Guanin gepaart.
Adenin paart mit Thymin, Guanin mit Cytosin.
Gen und Chromosom werden gleichgesetzt.
Ein Chromosom enthält viele Gene. Ein Gen ist nur ein Abschnitt der DNA.
Hinweis zur Klassenstufe
Dieses Thema steht in vielen Bundesländern in Klasse 10 auf dem Lehrplan. Je nach Land und Schulform kann es früher oder später kommen.