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Einzelstränge der DNA

Das Erbmaterial besteht aus zwei langen, fadenförmigen Molekülen, die umeinander verdrillt sind. Bildlich kommt diese Form einer Strickleiter nahe, die aus zwei Holmen und den verbindenden Sprossen besteht und zu einer Helix gedreht ist. Beide Stränge weisen Querverbindungen über die organischen Basen auf.

Diese auf Wasserstoffbrücken beruhende Interaktion wird als Basenpaarung bezeichnet. Die Holme (oder das Rückgrat) bestehen aus sich miteinander abwechselnden Zucker- (Desoxyribose) und Phosphatmolekülen. Die vier unterschiedlichen organischen Basen sind die eigentlichen Informationsträger. Jede Information, die sich im späteren Lebewesen ausprägt (= Phänotyp), wird in dieser Basenabfolge festgelegt.

Erwin Chargaff zeigte Anfang der 1950er-Jahre, dass A:T und G:C jeweils in einem Verhältnis von 1:1 vorliegen. So binden jeweils Paare aus Purin- und Pyrimidinbasen. Nur A und T sowie G und C können über Wasserstoffbrücken interagieren, wobei Adenin und Thymin zwei gemeinsame Wasserstoffbrücken, Guanin und Cytosin drei gemeinsame Wasserstoffbrücken ausbilden. Hohe Temperaturen zerstören diese schwachen chemischen Wechselwirkungen der Wasserstoffbrücken (vgl. PCR: Schritt der Denaturierung!).

Hier taucht ein interessantes Prinzip in der Biologie auf: Eine einzelne Wasserstoffbrücke ist sehr schwach im Vergleich zu kovalenten Bindungen (z. B. zwischen Kohlenstoffatomen). Die extrem hohe Anzahl von Wasserstoffbrückenbindungen z. B. in einem bakteriellen Erbgut macht die DNA aber wiederum extrem stabil.

Merke

Wasserstoffbrücken ermöglichen Basenpaarung.

Viele schwache Interaktionen/Bindungen ersetzten wenige starke Bindungen.

Merke

Viele schwache Interaktionen/Bindungen ersetzten wenige starke Bindungen.

Die Basenpaarung im chemischen Detail: Adenin (A) und Thymin (T) sind über zwei Wasserstoffbrücken verbunden, Guanin (G) und Cytosin (C) über drei. Die Doppelhelix der DNA ergibt sich durch die intramolekulare Wechselwirkung der organischen Basen. 

Strang ist nicht gleich Strang – oder doch?

Die DNA ist ein Doppelstrang und liegt als sogenannte Doppelhelix vor. Aufgrund der Basenpaarung sind die organischen Basen in den beiden Partnersträngen nicht identisch, sondern komplementär –sie ergänzen sich! Wo Adenin im einen Strang vorliegt, kann nur Thymin auf der gegenüberliegenden Seite sein, bei Guanin nur Cytosin! Gewissermaßen ist die auf beiden Strängen gespeicherte Information identisch, nur eben unterschiedlich „formuliert“.

Orientierung der DNA-Stränge. Das 5'-Ende ist immer das

Orientierung der DNA-Stränge. Das 5'-Ende ist immer das „Phosphatende“, das 3'-Ende das „OH-Gruppen-Ende“.

Die Orientierung der Zuckerreste steht in einem der Stränge „auf dem Kopf“. Biologisch formuliert: Die komplementären Stränge der DNA verlaufen antiparallel. Dies ist besonders gut an der Orientierung der Desoxyribose zu erkennen. So beruht die Benennung der DNA-Stränge ebenso auf der Nomenklatur der C-Atome der Desoxyribose. Der 5'-3'-Strang beginnt mit dem Phosphatrest am C5 oder 5'C-Atom der Desoxyribose. Endpunkt dieses Stranges ist das 3'-Ende mit der noch ungebundenen OH-Gruppe.

Die Orientierung der Stränge wird als antiparallel bezeichnet. Dies beschreibt die gegenläufige Ausrichtung der Stränge, ausgehend von der Position des 5’-Phosphats relativ zur Lage des 3’-OHs. Neben dieser sehr chemischen Nomenklatur gibt es für beide Stränge auch Bezeichnungen, die ihre biologische Funktion besser beschreiben:

5’-3’-Strang

 

 3’-5’-Strang

=

 

 =

 

 

codierender Strang, Sinnstrang, Plusstrang und sense-Strang Sequenz der geschriebenen mRNA (Vorsicht: DNA und RNA unterscheiden sich!)

Matrizenstrang, codogener Strang, Minusstrang, antisense-Strang

Vorlage für mRNA!

Eine kleine Merkhilfe gibt die Natur selbst (und erklärt bereits einen wesentlichen Aspekt der Replikation der DNA bzw. der Transkription):

Enzyme, die mit DNA arbeiten (Bsp.: DNA-Polymerase; RNA-Polymerase), gehen immer in 5’-3’-Richtung vor. Das heißt: Der Strang, der in 5’-3’-Richtung produziert wird, ist der kontinuierliche Strang bei der DNA-Verdopplung bzw. der codierende Strang bei der RNA-Synthese.

Merke

Achtung: Die Begriffe werden nicht immer einheitlich verwendet. Beachten Sie das zusätzliche Material in Ihren Abituraufgaben.

Multiple-Choice
Sie erhalten folgende Anweisung in einer Aufgabe. Welches ist die korrekte Antwortmöglichkeit?

Der Matrizenstrang zeigt folgende Sequenzabfolge:
GAATTCGTTAAC...
0/0
Lösen

Hinweis:

Bitte kreuzen Sie die richtigen Aussagen an. Es können auch mehrere Aussagen richtig oder alle falsch sein. Nur wenn alle richtigen Aussagen angekreuzt und alle falschen Aussagen nicht angekreuzt wurden, ist die Aufgabe erfolgreich gelöst.

Mehr als eine Antwortoption kann korrekt sein! Wie lautet die Definition von Matrizenstrang? Welche Orientierung zeigt der Matrizenstrang?

Kommentare zum Thema: Einzelstränge der DNA

  • Martina Henn-Sax schrieb am 08.04.2015 um 20:36 Uhr
    Matrize heißt einfach nur VORLAGE...daher kann dieser Begriff in Kombination mit Leitstrang oder Folgestrang eingesetzt werden...
  • Martina Henn-Sax schrieb am 08.04.2015 um 20:35 Uhr
    In der Tabelle oben sind alle Begriffe für die beiden Stränge der DNA genannt. Diese haben sich historisch so ergeben und werden von unterschiedlichen Büchern oder Lehrern eingesetzt. Daher sind oben (TABELLE) alle Bezeichungen angeführt. DNA und RNA sind im Bau unterschiedlich. Das beginnt z.B. beim Zucker (Desoxyribose in DNA, Ribose in RNA) und der Tatsache, dass in der RNA die organische Base T durch U ersetzt ist. RNA ist weniger lang lebensfähig und in der Regel einsträngig. DNA ist doppelsträngig.
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Autor: Dr. Martina Henn-Sax

Dieses Dokument Einzelstränge der DNA ist Teil eines interaktiven Online-Kurses zum Thema Molekularbiologie / Genetik.

Dr. Martina Henn-Sax verfügt über langjährige Erfahrung auf diesem Themengebiet.
Vorstellung des Online-Kurses Molekularbiologie / GenetikMolekularbiologie / Genetik
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Molekularbiologie / Genetik

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  • Molekularbiologie als Thema im Abitur
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  • DNA als Erbsubstanz
    • Einleitung zu DNA als Erbsubstanz
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      • Einleitung zu Aufbau der DNA
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