DNA-Struktur und -Organisation

Die DNA-Struktur und -Organisation beschreibt, wie Desoxyribonukleinsäure als antiparallele Doppelhelix aus zwei komplementären, basengepaarten Strängen aufgebaut ist und wie die Chemie dieses Moleküls Erbinformationen kodiert. Sie ist die strukturelle Grundlage, auf der Replikation, Transkription und Genomverpackung beruhen.

Definition

DNA ist ein Polymer aus Desoxyribonukleotiden, bei dem sich zwei antiparallele Stränge zu einer Doppelhelix winden, die durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen komplementären Basen (Adenin-Thymin und Guanin-Cytosin) zusammengehalten wird, wobei die Basensequenz genetische Informationen kodiert.

Scope

Der Eintrag behandelt die Bausteine der DNA (Nukleotide, das Zucker-Phosphat-Rückgrat und die vier Basen), die Regeln der komplementären Basenpaarung, die antiparallele Doppelhelix-Geometrie und wie die Primärsequenz mit der biologischen Rolle des Moleküls zusammenhängt. Er behandelt die Struktur als molekularbiologisches Thema und gibt keine klinischen Anleitungen.

Key concepts

• Nukleotid (Base, Desoxyribose, Phosphat)
• Zucker-Phosphat-Rückgrat
• Komplementäre Basenpaarung (A-T, G-C)
• Antiparallele Stränge und 5'-zu-3'-Polarität
• Große und kleine Furchen
• B-DNA
• Chargaffsche Basenzusammensetzungsregeln

Mechanisms

Jeder DNA-Strang ist eine Kette von Nukleotiden, die durch Phosphodiesterbindungen zwischen dem 3'-Kohlenstoff eines Zuckers und dem 5'-Phosphat des nächsten verbunden sind, wodurch jeder Strang eine definierte 5'-zu-3'-Polarität erhält. Zwei Stränge entgegengesetzter Polarität paaren sich über Wasserstoffbrückenbindungen zwischen komplementären Basen und stapeln sich zu einer rechtshändigen Doppelhelix, wobei die Basen innen und die Zucker-Phosphat-Rückgrate außen liegen und große und kleine Furchen bilden. Das Modell von Watson und Crick zeigte, dass die spezifische Paarung von Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin die beiden Stränge komplementär macht, so dass die Sequenz eines Stranges den anderen bestimmt und die Struktur von Natur aus nahelegt, wie das Molekül kopiert werden kann. Röntgenbeugungsarbeiten, einschließlich der Bilder von Franklin und Gosling, lieferten die experimentelle Grundlage für die helikale, regelmäßige Struktur.

Clinical relevance

Die strukturellen Regeln der DNA untermauern, wie Gensequenzen in der Molekularmedizin gelesen, verglichen und analysiert werden und wie Sequenzänderungen beschrieben werden. Dies ist Referenzbiologie und keine Grundlage für individuelle klinische Entscheidungen.

History

Anfang der 1950er Jahre hatten sich Regelmäßigkeiten in der Basenzusammensetzung (Chargaff-Regeln) und Röntgenbeugungsdaten an DNA-Fasern angesammelt. 1953 schlugen Watson und Crick das antiparallele Doppelhelix-Modell vor, das zusammen mit Beugungsstudien von Franklin und Gosling sowie von Wilkins und Kollegen veröffentlicht wurde. Das Modell vereinte die Chemie und die Genetik der DNA und wurde zur strukturellen Grundlage der Molekularbiologie.

Key figures

• James Watson
• Francis Crick
• Rosalind Franklin
• Maurice Wilkins
• Erwin Chargaff

Seminal works

• watson-crick-1953
• franklin-gosling-1953

Frequently asked questions

Warum werden die beiden DNA-Stränge als antiparallel beschrieben?

Die beiden Stränge verlaufen in entgegengesetzter Richtung: Einer ist 5' zu 3' orientiert, während sein Partner 3' zu 5' verläuft. Diese entgegengesetzte Polarität ist für die komplementäre Basenpaarung und für die Art und Weise, wie die Stränge kopiert werden, erforderlich.

Was hält die beiden Stränge zusammen?

Wasserstoffbrückenbindungen zwischen komplementären Basen (Adenin paart sich mit Thymin, Guanin paart sich mit Cytosin), verstärkt durch Basenstapelung, halten die Stränge in der Doppelhelix zusammen, während sie dennoch für die Replikation getrennt werden können.