Benutzer:Alan
★Alles über die Desoxyribonukleinsäure★
PS:NICHT FÜR DEN UNTERICHT GEEIGNET!!^^ DAS SIND NUR FÜR DEOXYS-FANs ALSO....
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Die Desoxyribonukleinsäure (kurz DNA oder DNS) (lat.-fr.-gr. Kunstwort) ist ein in allen Lebewesen und DNA-Viren vorkommendes Biomolekül und die Trägerin der Erbinformation. Sie enthält unter anderem die Gene, die für Ribonukleinsäuren (RNA, im Deutschen auch RNS) und Proteine codieren, welche für die biologische Entwicklung eines Organismus und den Stoffwechsel in der Zelle notwendig sind. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird die Desoxyribonukleinsäure überwiegend mit der englischen Abkürzung DNA (deoxyribonucleic acid) bezeichnet; die parallel bestehende deutsche Abkürzung DNS wird hingegen seltener verwendet und ist laut Duden „veraltend“.[1]
Im Normalzustand ist die DNA in Form einer Doppelhelix organisiert (siehe Animation rechts). Chemisch gesehen handelt es sich um eine Nukleinsäure, ein langes Kettenmolekül (Polymer) aus Einzelstücken, sogenannten Nukleotiden. Jedes Nukleotid besteht aus einem Phosphat-Rest, einem Zucker und einer von vier organischen Basen mit den Kürzeln A, T, G und C. Innerhalb der Protein-codierenden Gene legt die Abfolge der Basen die Abfolge der Aminosäuren des jeweiligen Proteins fest: Im genetischen Code stehen jeweils drei Basen für eine bestimmte Aminosäure.
Bei den Zellen von Pflanzen, Tieren und Pilzen, den sogenannten Eukaryoten, ist der Großteil der DNA im Zellkern als Chromosomen organisiert, während bei Bakterien und Archaeen (den Prokaryoten) die DNA im Cytoplasma verteilt vorliegt. Manche Zellorganellen der Eukaryoten, nämlich Mitochondrien und Chloroplasten, enthalten ebenfalls DNA. Manche Viren, die sogenannten RNA-Viren, haben keine DNA. Hier wird die genetische Information durch das der DNA verwandte Molekül RNA vererbt.
PS:Basiert auf ein Deoxys^^
Entdeckungsgeschichte [Bearbeiten] James D. Watson Francis Crick DNA-Modell von Crick und Watson, 19531869 entdeckte der Schweizer Arzt Friedrich Miescher in einem Extrakt aus Eiter eine aus den Zellkernen der Lymphocyten kommende Substanz, die er Nuklein nannte. Miescher arbeitete damals im Labor von Felix Hoppe-Seyler im Tübinger Schloss.[2] Erst 1929, 60 Jahre später, identifizierte Phoebus Levene die Bestandteile der DNA (Base, Zucker und Phosphatrest).[3] Levene schlug eine kettenartige Struktur der DNA vor, in welcher die Nukleotide durch die Phosphatreste zusammengefügt sind und sich stetig wiederholen. 1937 publizierte William Astbury erstmals Röntgenbeugungsmuster, welche auf eine repetitive Struktur der DNA hinwiesen.[4]
1943 entdeckte Oswald Avery (Versuchsbeschreibung siehe dort), dass ein nicht krankheitserregender Stamm von Pneumococcus-Bakterien krankheitserregende Eigenschaften erwerben konnte, wenn er mit toten Pneumococcus-Bakterien der krankheitserregenden Form zusammengebracht wurde. Avery identifizierte DNA als die Substanz, welche die Information für diese Transformation enthielt.[5] Unterstützung in seiner Interpretation erhielt Avery 1952, als Alfred Hershey und Martha Chase nachwiesen, dass DNA die Erbinformation des T2 Phagen enthält.[6]
Der strukturelle Aufbau der DNA wurde erstmals 1953 vom US-Amerikaner James Watson und dem Briten Francis Crick in ihrem berühmten Artikel Molecular structure of nucleic acids. A structure for deoxyribose nucleic acid beschrieben[7]. Watson kam 1951 nach England, nachdem er ein Jahr zuvor an der Indiana University in den USA promoviert hatte. Er hatte zwar ein Stipendium für Molekularbiologie bekommen, beschäftigte sich aber vermehrt mit der Frage des menschlichen Erbguts. Crick widmete sich in Cambridge gerade erfolglos seiner Promotion über die Kristallstruktur des Hämoglobinmoleküls, als er 1951 Watson traf. Zu dieser Zeit war bereits ein erbitterter Wettlauf um die Struktur der DNA entbrannt, an dem sich neben anderen auch Linus Pauling am California Institute of Technology beteiligte. Watson und Crick waren eigentlich anderen Projekten zugeteilt worden und besaßen kein großes Fachwissen in Chemie. Sie bauten ihre Überlegungen auf den Forschungsergebnissen der anderen Wissenschaftler auf. Watson sagte, er wolle das Erbgut entschlüsseln, ohne Chemie lernen zu müssen. In einem Gespräch mit dem renommierten Chemiker Erwin Chargaff vergaß Crick wichtige Molekülstrukturen und Watson machte im selben Gespräch unpassende Anmerkungen, die seine Unkenntnis auf dem Gebiet der Chemie darlegten. Chargaff nannte die jungen Kollegen im Anschluss „wissenschaftliche Clowns“.
Watson besuchte Ende 1952 Maurice Wilkins am King's College in London, der ihm DNA-Röntgenaufnahmen von Rosalind Franklin zeigte (was gegen den Willen von Franklin geschah). Watson sah sofort, dass es sich bei dem Molekül um eine Doppel-Helix handeln musste; Franklin selber hatte aufgrund der Daten auch das Vorhandensein einer Helix vermutet, jedoch hatte sie kein überzeugendes Modell für die Struktur vorzuweisen. Da bekannt war, dass die Purin- und Pyrimidin-Basen Paare bilden, gelang es Watson und Crick, die komplette Molekularstruktur herzuleiten. So entwickelten sie am Cavendish-Laboratorium der Universität Cambridge das Doppelhelix-Modell der DNA mit den Basenpaaren in der Mitte, das am 25. April 1953 in der Zeitschrift Nature publiziert wurde.[8] Diese denkwürdige Publikation enthält gegen Ende des Artikels den Satz „It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material“ (Es ist unserer Aufmerksamkeit nicht entgangen, dass die speziellen Paarungen, die wir als gegeben voraussetzen, unmittelbar auf einen möglichen Vervielfältigungsmechanismus für die genetische Erbsubstanz schließen lassen.)
„Für ihre Entdeckungen über die Molekularstruktur der Nukleinsäuren und ihre Bedeutung für die Informationsübertragung in lebender Substanz“ erhielten Watson und Crick zusammen mit Maurice Wilkins 1962 den Nobelpreis für Medizin.[9] Rosalind Franklin, deren Röntgenbeugungsdiagramme wesentlich zur Entschlüsselung der DNA-Struktur beigetragen hatten, war zu diesem Zeitpunkt bereits verstorben und konnte daher nicht mehr nominiert werden.
Für weitere geschichtliche Informationen zur Entschlüsselung der Vererbungsvorgänge siehe „Geschichte des Zellkerns“ sowie „Geschichte der Chromosomen“ und „Chromosomentheorie der Vererbung“.
Chemische und physikalische Eigenschaften der DNA-Doppelhelix
[Bearbeiten]weiterführende Artikel: GC-Gehalt und Agarose-Gelelektrophorese Die DNA ist bei neutralem pH ein negativ geladenes Molekül, wobei die negativen Ladungen auf den Phosphaten im Rückgrat der Stränge sitzt. Zwar sind zwei der drei sauren OH-Gruppen der Phosphate mit den jeweils benachbarten Desoxyribosen verestert, die dritte ist jedoch noch vorhanden und gibt bei neutralem pH-Wert ein Proton ab, was die negative Ladung bewirkt. Diese Eigenschaft macht man sich bei der Agarose-Gelelektrophorese zu Nutze, um verschiedene DNA-Stränge nach ihrer Länge aufzutrennen.
Eine weitere wichtige Eigenschaft eines DNA-Stranges ist der sogenannte Schmelzpunkt. Im Gegensatz zum normalen Gebrauch des Wortes, der den Übergang von der festen zur flüssigen Phase charakterisiert, bezeichnet der Schmelzpunkt der DNA jene Temperatur, bei der die Bindungskräfte zwischen den beiden Einzelsträngen überwunden werden und diese sich von einander trennen. Dies wird auch als denaturieren bezeichnet. Die genaue Temperatur des Schmelzpunktes Tm hängt von der Dichte und Stärke der Wasserstoffbrückenbindungen in der Helix ab: Da AT-Basenpaarungen nur zwei, GC-Paarungen aber drei Wasserstoffbrückenbindungen bilden, haben GC-reiche Abschnitte eine höhere Schmelztemperatur. Das Verhältnis dieser Basenpaarungen zueinander wird als GC-Gehalt bezeichnet. Die Stärke der Bindungen variiert mit der Konzentration Ionen in der Lösung, so dass auch diese einen Einfluss hat. Für eine Na+-Konzentration von 0,2 M kann die Schmelztemperatur in °C nach der folgenden Formel berechnet werden:
Tm=69,3+0,41×(GC-Gehalt in Prozent)[14]. Bei einem GC-Gehalt von 50 % ergibt sich also Tm = 89,8 °C, bei einer reinen AT-DNA ergäbe sich Tm = 69,3 °C, bei einer reinen GC-DNA Tm = 110,3 °C. Für kurze DNA-Fragmente von etwa 5−20 Basenpaaren, sogenannte Oligonukleotide oder kurz Oligos, gilt die Formel nicht, diese trennen sich schon bei niedrigeren Temperaturen. Auch hydrophobe Wechselwirkungen und Van-der-Waals-Kräfte zwischen den im Doppelstrang übereinander liegenden Basen (zusammen stacking forces, deutsch etwa Stapelkräfte) beeinflussen den Schmelzpunkt, so dass dieser bei so kurzen DNA-Stücken auch von der Länge abhängt. In Puffern mit wenig Salz (<100 mM Na+) gilt für die Schmelztemperatur in °C:
Tm = 4(G+C)+2(A+T)[15] wobei für die Buchstaben die Anzahl der jeweiligen Nukleotide einzusetzen ist. Zum Beispiel ergibt sich für 10 GC- und 8 AT-Paarungen ein Tm von 4 · 10 + 2 · 8 = 56 °C. Durch eine Verringerung der Ionenkonzentration oder die Verwendung eines Lösungsmittels, das die Stärke der Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Einzelsträngen vermindert, wie z. B. Formamid, kann die Schmelztemperatur erheblich herabgesetzt werden. Umgekehrt lässt sich unter kontrollierten Bedingungen aus dem Schmelzpunkt einer DNA auf ihren GC-Gehalt schließen. Da einzelsträngige DNA UV-Licht etwa 40% stärker absorbiert als doppelsträngige, lässt sich die Übergangstemperatur in einem Photometer gut bestimmen.
Wenn die Temperatur der Lösung wieder unter Tm fällt, können sich die Einzelstränge wieder aneinanderlagern. Dieser Vorgang wird als Renaturierung oder Hybridisierung bezeichnet. Das Wechselspiel von De- und Renaturierung macht man sich bei vielen biotechnologischen Verfahren zu Nutze, beispielsweise bei der Polymerase-Kettenreaktion (PCR), bei Southern Blots und der In-situ-Hybridisierung.