DNA
Die Erbinformationen des Menschen, aber auch aller Tiere und Pflanzen sind in Form von Biomolekülen gespeichert. Bei diesen Molekülen handelt es sich um die Desoxyribonukleinsäure (DNS), die im Englischen auch als DNA bekannt ist – der letzte Buchstabe steht dabei für „acid“, das englische Wort für „Säure“. James Watson und Francis Crick entdeckten als erste Forscher die Bedeutung der DNS und erhielten dafür 1962 den Nobelpreis für Medizin.
Aufbau der DNA
Die DNS liegt überwiegend im Zellkern. Dort ist sie mit Proteinen zu Spiralen aufgewickelt, welche die Chromosomen darstellen. Eine Ausnahme bildet die DNS von Mitochondrien. Diese „Kraftwerke der Zellen“ wandeln chemisch gebundene Energie um und besitzen ihr eigenes Erbgut, das nicht im Zellkern repräsentiert ist.
Die DNS setzt sich aus verschiedenen Bausteinen zusammen: einem Zuckermolekül, Phosphat und einer heterozyklischen Nukleobase. Der Zucker, der in der DNS vorkommt, heißt Desoxyribose. Die Basen liegen in der Zellkern-DNS des Menschen in vier verschiedenen Varianten vor: Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin. Jeweils zwei dieser Basen können ein Basenpaar bilden, da sie wie Puzzleteile zueinander passen. Die Nukleinsäuren Adenin und Thymin sind miteinander kompatibel, ebenso Guanin und Cytosin. Jeweils ein Zuckermolekül, eine Base und ein Phosphatmolekül bilden ein Nukleotid.
Replikation
Die Basenpaare sorgen dafür, dass jede DNS-Kette ein Gegenstück besitzt und damit einen Doppelstrang bildet. Der Doppelstrang teilt sich bei der Vervielfältigung (Replikation) wie ein Reißverschluss. An jedem Einzelstrang lagern sich neue Nukleotide mit den komplementären Basen an, sodass neue Stränge entstehen.
Die Verdoppelung der DNS verläuft an den beiden ursprünglichen Strängen unterschiedlich. An einem Strang lagern Enzyme kontinuierlich die passenden Basen an, während sich am anderen Strang zunächst nur Bruchstücke bilden. Die Biologie nennt diese Bruchstücke nach ihrem Entdecker Okazaki-Fragmente. Später werden die Lücken zwischen den einzelnen Okazaki-Fragmenten noch gefüllt.
Bei diesem Vorgang handelt es sich um eine semikonservative Replikation: Die Hälfte der ursprünglichen DNS bleibt erhalten und die andere Hälfte wird neu ergänzt. Auf diese Weise verdoppelt sich die DNS. Nach der Replikation windet sich die DNA zu einer Doppel-Helix auf, die durch Wasserstoffbrücken stabilisiert wird.
Die Reihenfolge der Nukleinsäuren innerhalb der DNS ergibt den genetischen Code. Obwohl alle Menschen dieselben Bausteine in ihren Zellen tragen, werden sie durch die individuelle Reihenfolge dieser Bausteine einzigartig.
