Abstract Die genetische Information eines Organismus wird in Form von Nukleinsäuren gespeichert. Diese Nukleinsäuren - DNA (deoxyribonucleic acid, Desoxyribonukleinsäure) und RNA (ribonucleic acid, Ribonukleinsäure) - sind lange lineare Polymere. Das bedeutet, sie bestehen aus Nukleotidbausteinen, die wiederum je aus einem Zucker, einem Phosphatrest und einer von vier Basen aufgebaut sind. DNA-Moleküle sind wesentlich länger als RNA-Moleküle und enthalten die gesamte genetische Information eines Organismus, die in der Abfolge der Basen codiert vorliegt. RNA-Moleküle dagegen enthalten nur einen Teil der Information und können ganz unterschiedliche Aufgaben in der Zelle übernehmen. Show
Das entscheidende Strukturmerkmal der DNA ist ihre Doppelhelix: Zwei gegenläufige, komplementäre Nukleinsäurestränge winden sich schraubenförmig umeinander. Außen liegt das sogenannte DNA-Rückgrat mit immer abwechselnd verknüpften Zucker- und Phosphatresten. Im Inneren der Helix liegen die Basen. Sie bilden Basenpaare, bei denen jeweils die Basen Adenin und Thymin bzw. Guanin und Cytosin über Wasserstoffbrücken verknüpft sind. Das menschliche Genom umfasst 3,2×109 Basenpaare. Diese sind aber nicht auf einem langen, durchgehenden DNA-Doppelstrang zu finden, sondern auf 23 Chromosomen aufgeteilt. Jedes Chromosom ist ein lineares DNA-Molekül mit einer bestimmten Länge. Es ist im Lichtmikroskop nur in der Metaphase der Mitose gut sichtbar, da es dann am dichtesten gepackt ist. In den meisten Körperzellen liegen die Chromosomen doppelt vor - als Paare. Dabei kommt ein Teil des Paares von der Mutter und der andere Teil vom Vater. Die beiden zusammengehörigen Chromosomen bezeichnet man als homolog, denn sie besitzen jeweils eine Variante des selben Gens. Veränderungen in der Anzahl oder Struktur der Chromosomen führen zu verschiedenen Krankheitsbildern, z.B. Entwicklungsstörungen. Die Untersuchung der Chromosomen mit verschiedenen molekularbiologischen und zytogenetischen Methoden ermöglicht oft eine eindeutige Diagnosestellung. Nukleotide und NukleinsäurenDNA und RNA sind Nukleinsäuren, d.h. aus Nukleotidbausteinen bestehende, langkettige und gerichtete Makromoleküle. "Gerichtet" bedeutet, dass die Nukleotiduntereinheiten immer in einer bestimmten Richtung miteinander verknüpft sind, woraus sich eine Ableserichtung ergibt. Nukleotide und ihre Derivate erfüllen aber auch noch weitere Aufgaben neben ihrer Funktion als Bausteine der Nukleinsäuren. Molekulare Eigenschaften der Nukleotide und NukleinsäurenDie chemische Beschaffenheit der Nukleinsäuren (DNA und RNA) und ihr Aufbau aus sich wiederholenden Nukleotideinheiten ermöglicht ihre Funktion als Informationsträger und -vermittler. Allgemeine Struktur der Nukleotide
Das eine Ende der Nukleotidkette besitzt eine freie 3'OH-Gruppe, das andere Ende eine freie 5'OH-Gruppe, die meist mit einem Phosphatrest verknüpft ist. Laut Konvention schreibt man die Reihenfolge der Basen in einer Nukleinsäure immer in 5'→3'-Richtung! Nukleosid: Base+Zucker; Nukleotid: Base+Zucker+Phosphat! NukleinsäurebasenNukleinsäurebasen sind heterozyklische Purin- und Pyrimidinderivate, die in DNA und RNA vorkommen. Ihre Reihenfolge in der Nukleinsäurekette ist entscheidend für die Codierung der genetischen Information . Struktur und Nomenklatur der Nukleinsäurebasen
Die Basen der DNA sind Guanin, Cytosin, Adenin und Thymin, die der RNA Guanin, Cytosin, Adenin und Uracil! Keto-Enol-Tautomerie der Nukleinsäurebasen
Weitere wichtige BasenWeitere wichtige Basen sind die Purinbasen Hypoxanthin und Xanthin . Beide sind Zwischenprodukte des Purinstoffwechsels und nicht Teil der DNA. Hypoxanthin kommt als seltene Base in RNA vor, z.B. im Rahmen des RNA-Editings. Das Nukleosid von Hypoxanthin heißt Inosin , das Nukleosid von Xanthin heißt Xanthosin . NukleinsäurezuckerDer Zucker in der DNA ist die Desoxyribose, der Zucker in der RNA die Ribose .
Desoxyribonukleotide, denen auch das Sauerstoffatom am C3'-Atom fehlt, nennt man Didesoxyribonukleotide. Ihr Einbau führt zum Abbruch von DNA-Replikation und Transkription, was sich bspw. bei der DNA-Sequenzierung nach Sanger sowie bei der antiviralen Therapie von HIV-Infektionen zunutze gemacht wird. Phosphatreste
Vergleich von DNA und RNA
Für die Synthese von DNA und RNA werden Nukleosidtriphosphate miteinander verbunden! Die Bausteine der DNA sind dATP, dGTP, dCTP und dTTP, die der RNA sind ATP, GTP, CTP und UTP! Funktion der Nukleotide und ihrer DerivateNukleotide und Nukleotidderivate haben im Körper wichtige Funktionen.
Der Energieträger ATP enthält Ribose und nicht Desoxyribose als Zucker, besitzt also eine 2'OH-Gruppe! DNA: Struktur und EigenschaftenDie DNA enthält die genetischen Informationen der Zelle und gibt diese bei der Zellteilung an die Tochterzellen weiter. Dabei ermöglicht die Struktur der DNA-Moleküle als Doppelstränge und die spezifische Basenpaarung die Erzeugung von zwei identischen Tochtermolekülen. DNA-StrukturDie DNA liegt in der Zelle die meiste Zeit nicht als einsträngige Kette von Desoxyribonukleotiden vor, sondern als Doppelstrang. Die beiden Stränge sind komplementär zueinander und verlaufen antiparallel . Die Basen in den beiden Strängen bilden spezifische Basenpaare über Wasserstoffbrücken (H-Brücken).
Basenpaare in der DNA: Guanin paart mit Cytosin (3 H-Brücken), Adenin paart mit Thymin (2 H-Brücken)! DNA-KonformationDNA kann verschiedene Strukturformen annehmen. Sie liegt in vivo hauptsächlich in der B-Konformation vor (B-DNA). Neben der B-DNA gibt es auch noch eine A- (A-DNA) und eine Z-Konformation (Z-DNA). Außerdem können sich übergeordnete (Tertiär‑)Strukturen ausbilden, die durch Superspiralisierung zustande kommen. James Watson und Francis Crick leiteten aus verschiedenen experimentellen Beobachtungen, insb. der Chemikerin Rosalind Franklin, ein Modell der B-DNA ab. Sie erhielten zusammen mit Maurice Wilkins dafür 1962 den Nobelpreis für Medizin; Franklin verstarb bereits zuvor und konnte nicht mehr bedacht werden. Eigenschaften der B-DNA
Eigenschaften der A-DNA
Eigenschaften der Z-DNA
Die DNA liegt in der Zelle hauptsächlich als B-DNA vor und ist damit eine rechtsgängige Doppelhelix! Supercoils
Weitere strukturelle Besonderheiten der DNADie DNA ist in ihrer Längsrichtung sehr flexibel. Durch die Bindung von Proteinen kann die Konformation der DNA beeinflusst werden. Aber auch die Abfolge der Basen hat Auswirkungen auf ihre lokale Struktur. Palindrom
RNA: Struktur und EigenschaftenRNA-Klassen und ihre StrukturRNA-Moleküle sind Nukleinsäuren (wie DNA-Moleküle). Prinzipiell gleicht der Aufbau eines RNA-Einzelstrangs (Primärstruktur) dem der DNA-Einzelstränge. Wie oben bereits erwähnt, enthält RNA aber Ribose als Zucker und Uracil als Base . In Zellen vorkommende RNA-Moleküle sind wesentlich kürzer als DNA-Moleküle und übernehmen sehr verschiedene Funktionen, u.a. in der Proteinbiosynthese, als strukturgebende Elemente oder als Enzym (Ribozym). RNAs lassen sich in verschiedene Klassen einteilen, die sich in ihrer Länge, Struktur und Funktion unterscheiden. In Abhängigkeit von der Klasse liegen die RNA-Moleküle einzelsträngig oder abschnittsweise doppelsträngig vor. In doppelsträngigen RNA-Abschnitten paart Guanin mit Cytosin (3 H-Brücken) und Adenin mit Uracil (2 H-Brücken).
RNA-Interferenz (RNAi)
Organisation des menschlichen GenomsDas menschliche Genom umfasst etwa 3,2 Milliarden Basenpaare . Eine diploide menschliche Zelle enthält dementsprechend 6,4x109bp. Würde die DNA einer Zelle als lineares Molekül vorliegen, hätten alle Chromosomen zusammen eine Länge von etwa 1,8m. Die DNA muss also verpackt im Zellkern vorliegen. Anteile der verschiedenen Sequenzen am menschlichen GenomDas menschliche Genom unterteilt sich in Kerngenom und mitochondriales Genom. Anteile des Kerngenoms
Mitochondriales Genom (mitochondriale DNA, mtDNA)
Zusammensetzung und Aufbau von ChromosomenDie DNA liegt im Zellkern von Eukaryoten an Proteinkomplexe gebunden vor. In elektronenmikroskopischen Aufnahmen sehen diese Strukturen aus wie Perlen auf einer Kette. Sie sind weiter verdichtet zu Chromatinfasern, die wiederum durch die Einwirkung anderer Proteine zu Schleifen gefaltet werden. Maximal verdichtet liegen die DNA-Moleküle in der Metaphase der Mitose vor. Nur hier sind die einzelnen Chromosomen lichtmikroskopisch unterscheidbar.
Histonproteine
Nukleosom (Nukleosomen-Core-Partikel)
Chromatin
Morphologie und Darstellung von ChromosomenDie Chromosomen sind nur in der Zellteilung sichtbar, insbesondere in der Metaphase.
Die Bezeichnung "Chromosom" wird auch sehr häufig synonym verwendet für das lichtmikroskopisch sichtbare Metaphasenchromosom, obwohl die Chromosomen in allen Phasen des Zellzyklus vorhanden sind. Kennzeichen von Chromosomen (Chromosomenmorphologie)
Chromosomen werden unterschieden nach ihrer Länge, der Lage des Zentromers und nach ihrem Bandenmuster! Darstellung der ChromosomenZur Untersuchung der Chromosomenzahl und für einen Überblick über eventuelle strukturelle Veränderungen lassen sich die Chromosomen in einem sog. Karyogramm sichtbar machen. Durch verschiedene Färbemethoden erhält man spezifische Bandenmuster, die für jedes Chromosom charakteristisch sind.
Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH)
Wiederholungsfragen zum Kapitel Aufbau von DNA und RNAMeditricksIn Kooperation mit Meditricks bieten wir dir durchdachte Merkhilfen zum Einprägen relevanter Fakten, dies sind animierte Videos und Erkundungsbilder. Die Inhalte sind vielfach auf AMBOSS abgestimmt oder ergänzend. Viele Meditricks gibt es in Lang- und Kurzfassung, oder mit Basis- und Expertenwissen, Quiz und Kurzwiederholung. Eine Übersicht über alle Inhalte findest du in dem Kapitel Meditricks. Meditricks gibt es in unterschiedlichen Paketen – welche, siehst du im Shop. NukleotideChromosomenInhaltliches Feedback zu den Meditricks-Videos bitte über den zugehörigen Feedback-Button einreichen (dieser erscheint beim Öffnen der Meditricks). Was ist eine komplementäre Base?komplementäre Basenpaarung, eine wichtige Eigenschaft der Desoxyribonucleinsäure (DNA), die bewirkt, dass in der DNA-Doppelhelix aufgrund ihrer chemischen Struktur immer Adenin und Thymin sowie Cytosin und Guanin über Wasserstoffbrückenbindungen interagieren.
Was ist eine Base in der DNA?In der DNA kommen vier verschiedene Basen vor: Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T). In der RNA steht an Stelle von Thymin die Base Uracil (U). Die vier Basen der DNA kodieren durch ihre Abfolge die Erbinformation, deshalb werden die vier Buchstaben A, C, G und T auch als „Alphabet des Lebens“ bezeichnet.
Was ist ein Basenpaar einfach erklärt?Als Basenpaar bezeichnet man im Doppelstrang einer doppelsträngigen Nukleinsäure (DNA oder RNA, in diesem Fall nach englisch double stranded auch als dsDNA bzw. dsRNA bezeichnet) zwei gegenüberliegende Nukleobasen, die zueinander komplementär sind und durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten werden.
Warum gibt es ein 5 und ein 3 Ende?Warum gibt es ein 3′- und ein 5′-Ende bei den beiden gegenläufigen Einzelsträngen (Polynukleotidsträngen) der DNA-Doppelhelix? Die Antwort liegt in der Bezeichnung der C-Atome in den Nukleotidmolekülen bzw. genauer in den Deoxyribosemolekülen.
|
Was ist der unterschied zwischen base und komplementär base
zusammenhängende Posts
Urheberrechte © © 2024 defrojeostern Inc.
