DNA und Zellzyklus

Die DNA ist der Träger unserer Erbinformation und besteht aus einem Doppelhelix-Kettenmolekül. Ihre Bausteine sind Nucleotide, die jeweils eine Phosphatgruppe, den Zucker Desoxyribose und eine der vier Basen (Adenin, Thymin, Guanin oder Cytosin) enthalten. Diese Basen finden nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip zueinander, wobei Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin komplementäre Paare bilden.

Der Zellzyklus beschreibt, wie Zellen wachsen und sich teilen. Er beginnt mit der Interphase, die aus den Phasen G1, S und G2 besteht. In der G1-Phase wächst die Zelle und steigert ihren Stoffwechsel. In der S-Phase findet die wichtige DNA-Replikation statt. Danach bereitet sich die Zelle in der G2-Phase auf die Zellteilung vor, wobei ein Kontrollpunkt sicherstellt, dass die DNA fehlerfrei verdoppelt wurde.

Die DNA-Replikation erfolgt semikonservativ, was bedeutet, dass jeder neue DNA-Strang aus einem alten und einem neu synthetisierten Strang besteht. Das Meselson-Stahl-Experiment bestätigte diesen Mechanismus: Bakterien wurden mit schwerem Stickstoff (15N) gezüchtet und dann auf normalen Stickstoff umgestellt. Nach einer Zellteilung war die DNA mittelschwar, nach zwei Teilungen gab es sowohl mittelschwere als auch leichte DNA.

Wusstest du? Bei der DNA-Replikation werden etwa 50 Nucleotide pro Sekunde eingebaut - das klingt langsam, bedeutet aber, dass die menschliche DNA mit ihren 6 Milliarden Basenpaaren in nur wenigen Stunden kopiert werden kann!

Der Ablauf der semikonservativen Replikation umfasst mehrere Schritte: Die Helicase trennt die DNA-Stränge, die Primase setzt RNA-Primer, die DNA-Polymerase fügt Nucleotide hinzu und die DNA-Ligase verbindet die Okazaki-Fragmente zum Folgestrang. Besonders interessant ist, dass der Leitstrang kontinuierlich, der Folgestrang jedoch diskontinuierlich synthetisiert wird.

Proteinbiosynthese und Genwirkung

Die Proteinbiosynthese ist der Prozess, bei dem die in der DNA gespeicherte Information in Proteine übersetzt wird. Sie besteht aus zwei Hauptphasen: der Transkription im Zellkern und der Translation im Zytoplasma. Proteine erfüllen zahlreiche Funktionen in unserem Körper und sind direkt verantwortlich für unsere Merkmale.

Bei der Transkription lagert sich die RNA-Polymerase an den codogenen DNA-Strang und wandert von 3' zu 5' entlang. Dabei löst sie kurzzeitig die Wasserstoffbrücken zur DNA und baut komplementäre RNA-Nucleotide ein. So entsteht die messenger-RNA (mRNA), die eine Kopie der genetischen Information darstellt. Der Unterschied: In der RNA wird statt Thymin die Base Uracil verwendet.

Übrigens: Wenn in deinem Trainingsplan steht, dass du Muskeln aufbauen sollst, dann ist die Proteinsynthese genau der Prozess, der dafür sorgt! Mehr Training führt zu mehr Proteinbiosynthese und damit zu mehr Muskelmasse.

Die Translation findet an den Ribosomen statt. Hier wird die mRNA abgelesen und in eine Aminosäurekette übersetzt. Die tRNA (transfer-RNA) fungiert dabei als Vermittler: Mit ihrem Anticodon erkennt sie das passende Codon der mRNA und bringt die entsprechende Aminosäure mit. Das Ribosom wandert vom Startcodon zum Stoppcodon und verbindet die Aminosäuren zur Peptidkette.

Genwirkketten zeigen, wie mehrere Gene nacheinander wirken, um ein Endprodukt zu erzeugen. In einer Biosynthesekette werden Ausgangsstoffe schrittweise umgewandelt, wobei jeder Schritt von einem bestimmten Enzym katalysiert wird. So entsteht etwa aus Ornithin über Citrullin schließlich Arginin. Diese Prozesse verdeutlichen das Basiskonzept Struktur und Funktion: Die molekulare Struktur der DNA bestimmt durch komplexe Ableseprozesse letztendlich die Funktion eines Organismus.