abiweb
online lernen

Die perfekte Abiturvorbereitung
in Biologie

Im Kurspaket Biologie erwarten Dich:
  • 123 Lernvideos
  • 515 Lerntexte
  • 1880 interaktive Übungen
  • original Abituraufgaben

Einzelstränge der DNA

DNA als Erbsubstanz / Aufbau 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

Hier klicken zum Ausklappen

Wasserstoffbrücken ermöglichen Basenpaarung.

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
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

Hier klicken zum Ausklappen

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

Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Molekularbiologie / Genetik

abiweb - Abitur-Vorbereitung online (abiweb.de)
Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • DNA als Erbsubstanz
    • Einleitung zu DNA als Erbsubstanz
    • Molekularbiologie als Thema im Abitur
    • Aufbau der DNA
      • Einleitung zu Aufbau der DNA
      • Einzelstränge der DNA
    • Experiment von Griffith (1928)
    • Mutationen
    • DNA- Replikation
      • Einleitung zu DNA- Replikation
      • historisches Experiment: Meselson und Strahl
    • Organisation der DNA
  • Vom Gen zum Protein
    • Einleitung zu Vom Gen zum Protein
    • Transkription
    • Translation
      • Einleitung zu Translation
      • Der genetische Code
      • Die Aufgaben der RNAs (mRNA, tRNA)
    • Proteinbiosynthese in Eukaryoten
    • Genwirkkette
      • Einleitung zu Genwirkkette
      • Genwirkkette am Beispiel Neurospora crassa
      • additive Polygenie
    • Regulation der Genexpression
      • Einleitung zu Regulation der Genexpression
      • Genregulation: molekularen Ebenen
      • Lac-Operon
      • Trp-Operon
      • Genexpression bei Eukaryoten
        • Einleitung zu Genexpression bei Eukaryoten
        • Epigenetik
          • Einleitung zu Epigenetik
          • DNA-Methylierung
        • Riesenchromosome machen Expression sichtbar
          • Einleitung zu Riesenchromosome machen Expression sichtbar
          • Entwicklungsstadien von Drosophila - regulierte Genexpression
  • Methoden der Gen- und Reproduktionstechnik
    • Einleitung zu Methoden der Gen- und Reproduktionstechnik
    • Klonierung
      • Einleitung zu Klonierung
      • Restriktionsenzyme
      • Methode: Gel-Elektrophorese
      • Klonierung von Fremd-DNA und Transformation
      • Transformation
      • cDNA
    • Methode: Polymerase-Ketten-Reaktion
    • Methode: genetischer Fingerabdruck
    • Methode: Gensonde
    • Methode: DNA-Microarray (Biochip)
    • Methode: FISH
    • Bedeutung von Gentechnik in Biologie, Landwirtschaft und Medizin
  • Genetik der Zelle
    • Einleitung zu Genetik der Zelle
    • Zellteilung
      • Einleitung zu Zellteilung
      • Mitose
      • Meiose
      • Zellteilungsstörungen
    • Stammzellen
      • Einleitung zu Stammzellen
      • Gewinnung embryonaler Stammzellen
      • Differenzierung von Stammzellen
      • Differentielle Genaktivität
        • Einleitung zu Differentielle Genaktivität
        • Steuerung der Genexpression in verschiedenen Entwicklungsphasen
        • Dictoyostelium discoideum
        • therapeutisches Klonen
          • Einleitung zu therapeutisches Klonen
          • Reproduktionstechnik - am Beispiel Dolly
        • Genetische Askpekte einer Krebserkrankung
      • Stammzellen - wie weit darf die Forschung gehen?
  • Humangenetik
    • Einleitung zu Humangenetik
    • Gendiagnose
    • Mendel Regeln
      • Einleitung zu Mendel Regeln
      • monohybrider Erbgang
      • dihybrider Erbgang
      • Genkopplung
    • Genetische Beratung - Erbkrankheiten
    • Stammbaumanalysen
      • Einleitung zu Stammbaumanalysen
      • Heterozygotentest
      • Beispiele für Erbgänge und Stammbäume
    • Der Einfluß einer Mutation auf den Phänotyp - Beispiel einer Erbkrankheit
    • Pränataldiagnostik
    • Trisomie 21 - Beispiel einer Chromosomenmutation
    • Turner und Klinefelter - Beispiele für Fehlverteilungen der Gonosomen
    • Blutgruppen und Rhesusfaktoren
  • 70
  • 14
  • 324
  • 90