DNA - Desoxyribose Nukleinsäure

Die DNA (Desoxyribonukleinsäure)

Geschichte

- 1868 isolierte Friedrich Miescher (Schweizer Chemiker) Nuklein aus weißen Blutkörperchen und später auch aus Lachseiern
- niemand vermutete aber, dass das Erbmaterial mit diesem Nuklein identisch ist
- die meisten Forscher meinten: nur die Proteine (mannigfaltige Eiweiße) kommen als Träger für die Erbanlagen infrage
- Zusammenhang zwischen Nukleinsäure und ihrer Funktion als Erbmaterial blieb bis Mitte des 20. Jahrhunderts unbekannt
- 1928 Griffith führt ein Experiment mit Bakterien durch:
-Verwendung von 2 verschiedenen Pneumokokken (Erreger einer Lungenentzündung)-Stämme
- S-Stamm (Injektion) rief bei Mäusen tödlich verlaufende Lungenentzündung vor
- R-Stamm harmlos, weil die kapsellosen Zellen von Enzymen des Wirts zerstört worden sind
- abgetötete Bakterien des S-Stammes riefen keine Lungenentzündung hervor
- gleichzeitige Injektion von abgetöteten Bakterien des S-Stammes und lebenden Bakterien des R-Stammes riefen wieder eine Lungenentzündung hervor
- 1944 erster Beweis, dass die DNA Träger der Erbanlagen durch Avery, Mc Carty und Mc Leod
- bauen auf das Versuchergebnis von Griffith auf
- begründen es so: die abgetöteten Zellen des S-Stammes haben ihr Erbmaterial an die Bakterien des R-Stammes gegeben und diese in die pathologe S-Form transferiert
- innerhalb von 10 Jahren gelang es ihnen die Substanz aus dem S-Stamm zu isolieren, die die Fähigkeit zur Kapselbildung übertrug
- beim Hinzufügen dieser Substanz, die sich als Desoxyribonukleinsäure herausstellte, zu einem R-Stamm, haben einige R-Bakterien die Information zur Kapselbildung übernommen
- es ist bewiesen, dass die DNA eine Überträgerfunktion hat
- 1952 dieses Ergebnis wird durch Experimente von Hershey und Chase mit Bakteriophagen bestätigt
- Forschungsarbeiten zur DNA-Struktur durch Francis Crick, Maurice Wilkins, Rosalind Franklin (britische Biochemiker) und James Watson (amerikanischer Biochemiker)
- 1953 mit Hilfe einer Röntgenbeugungsaufnahme des DNA- Moleküls, die Wilkins 1951 lieferte, entwarfen Crick und Watson ein Modell für das Molekül (Doppelhelixmodell), 1962 Nobelpreisträger für Medizin

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Crick und Watson mit ihrem Modell

- Arthur Kornberg (amerik. Biochemiker) gelang es nun eine DNA zu synthetisieren, allerdings noch nicht biologisch aktiv
- 1953 Francis Crick findet heraus, dass die DNA den Bauplan für die Proteine liefert
- 1961 Nirenberg und Mattei forschen weiter, inwelcher Art und Weise die DNA den Bauplan für die Proteine liefert
- 1962 liefert Beweis für Enzyme, die bestimmte Abschnitte der DNA erkennen und das Kettenmolekül dazwischen trennen (Restriktionsenzyme)
- 1967 Kornberg und seine Kollegen an der Stanford Univerity synthetisieren eine biolog. Aktive DNA aus relativ einfachen Bausteinen
- 1973 erstmalig erzeugen Menschen ein Lebewesen mit gezielt manipuliertem Erbgut (DNA-Stücke eines Frosches werden in Bakterien übertragen)
- 1990 French Anderson Kenneth Kulver u. Michael Blease versuchen ein Kind mit angeborenem Immundefekt zu heilen Gentherapie zu kurieren
- 1995 erstmals liegt das Genom eines Bakteriums vollständig entschlüsselt vor

Struktur

- DNA gehört zu den Nucleinsäuren und ist ein Makromolekül
- 3 chemische Grundbausteine: Zuckermoleküle mit 5 Kohlenstoffatomen (Desoxyribose), Phosphetsäurareste, stickstoffreiche organische Basen (Cytosin, Guanin, Thymin, Adenin)
- eine Einheit aus Zucker, Base und Phosphatsäure heißt Nucleotid
- DNA liegt als Doppelstrang vor, ein solcher Strang wird aus den Zucker-Phophat- bändern gebildet
- an diese sind Basen gebunden, welche nach innen gerichtet sind
- die Verteilung der Basen verläuft nach einem bestimmten Muster (siehe Bild 1):
- Cytosin und Guanin liegen einander immer gegenüber (aufgrund der Wasserstoffbrückenbindungen)
- Adenin und Thymin liegen sich ebenfall gegenüber
- daraus ergibt sich, dass der Gehalt von Cytosin u. Guanin und der Gehalt von Adenin und Thymin jeweils gleich ist
- Einzelstränge der DNA nicht identisch, sonder entgegengesetzt (ergänzen einander)

1)

- räumliche Struktur ähnelt einer in sich gedrehten Strickleiter (diese räuml. Struktur heißt Doppelhelix) (siehe Bild 2)

- eine Windung wird von 10 Nucleotiden gebildet

2)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

-eine Kugel des rechten Modells entspricht einem Atom

- die Phosphatatome sind rot dargestellt (ganz außen)
- Sauerstoff ist gelb, Wasserstoff blau und Kohlenstoff dunkelgrau (zusammen Desoxyribose bzw. Zucker)
- die Basen in der Mitte sind hellgrau dargestellt
- jeder Mensch hat DNA-Fäden mit einer Gesamtlänge von 185 Milliarden km (15 mal Sonne-Pluto)
- DNA-Faden 2 Millionenstelmillimeter dünn
- die DNA wickelt sich um sogenannte Histonen (Eiweißklumpen), welche als ,,Verpackungsmaterial dem Schutz der DNA dienen

Bedeutung

- Träger der Erbinformationen
- am Aufbau der Eiweise sind 20 verschiedene Aminosäuren beteiligt, für deren Verschlüsselung ist die DNA zuständig (die Verschlüsselung der genetischen Information für die Eiweißsynthese heißt Genetischer Code):
- die Reihenfolge der Aminosäuren eines Eiweißmoleküls wird durch die Reihenfolge der Basen in der DNA festgelegt
- Verbindung von 3 aufeinanderfolgenden Basen des DNA-Strangs verschlüsseln eine Aminosäure, diese 3 Basen werden als Triplett bezeichnet (dieses nennt man Codon)
- für eine Kombination von den 3 aus den 4 Basen A, T, C, G ergeben sich 4^3=64 Möglichkeiten (die Reihenfolge der Basen ist entscheidend)
- da nur 20 Aminosäuren verschlüsselt werden müssen gibt es für dieselbe Aminosäure verschiedene Codierungsmöglichkeiten
- fast alle Organismen benutzen für die Aminosäurenverschlüsselung die gleichen Basenkombinationen
- es wurden Codetabellen aufgestellt aus denen man aus der Basenreihenfolge die codierte Aminosäure ablesen kann und umgekehrt
- Eiweiße sind sehr bedeutsam:
- z. B. sind sie am Aufbau von Haaren, Sehnen, Muslelfasern, Blutkörperchen... beteiligt (Struktureiweiße)
- Eiweiße steuern Prozesse wie z.B. die Ausbildung von Merkmalen, wie die Farbe einer Blüte

Quellen

-Biologie 10 Sachsen Paetec, Pews-Hocke u. Zabel

-GEO Wissen, März 98

-Encarta Enzyclopädie PLUS 2000

-Internet: http://www.aum.iawf.unibe.ch/vlz/bwl/Gen_Kurs/Gen_Kurs/DNA/strukt02.ht...

http://www.ask.uni-karlsruhe.de/doc/talente/40072/grafik1.htmhttp://www.drd.de/helmich/bio/gen/reihe2/index.html