Aufbau der DNA

Die DNA ist wie eine Strickleiter aufgebaut - nur verdreht zu einer Doppelhelix. Stell dir vor: Die Geländer bestehen aus einem Phosphat-Zucker-Rückgrat, während die Stufen aus Basenpaaren bestehen.

Die Bausteine heißen Nukleotide und bestehen aus drei Teilen: Phosphat, Desoxyribose (ein Zucker) und einer Base. Es gibt vier verschiedene Basen: Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Diese bilden immer feste Paare: Adenin mit Thymin (2 Wasserstoffbrücken) und Guanin mit Cytosin (3 Wasserstoffbrücken).

Das Besondere: Die beiden DNA-Stränge verlaufen antiparallel zueinander - einer geht von 5' nach 3', der andere von 3' nach 5'. Alle wichtigen Prozesse laufen aber nur in 5'→3' Richtung ab. Die Chargaff-Regel besagt übrigens, dass sich die Basenpaare immer im Verhältnis 1:1 gegenüberstehen.

Merktipp: DNA = Desoxyribonukleinsäure ist doppelsträngig und bleibt im Zellkern, RNA ist einsträngig und kann den Zellkern verlassen!

DNA-Verdopplung - Der Meselson-Stahl-Versuch

Wie verdoppelt sich die DNA eigentlich? Lange war das ein Rätsel! Der berühmte Meselson-Stahl-Versuch bewies, dass die DNA-Verdopplung semikonservativ abläuft.

Das bedeutet: Jeder neue DNA-Doppelstrang besteht aus einem alten und einem neuen Einzelstrang. Die DNA wird sozusagen in der Mitte "aufgereißt" und dann komplementär ergänzt. Nicht konservativ (komplett kopiert) oder dispersiv, sondern halb alt, halb neu.

Bei der Replikation sind verschiedene Enzyme am Werk: Die Helicase trennt die Wasserstoffbrücken und öffnet die DNA. Die DNA-Polymerase kann nur in 5'→3' Richtung arbeiten und braucht RNA-Primer als Startpunkte, die von der Primase hergestellt werden.

Klausurtipp: Semikonservativ bedeutet immer: Ein alter Strang + ein neuer Strang = ein neuer Doppelstrang!

Replikation im Detail

Die DNA-Replikation ist wie ein perfekt organisiertes Fließband! Ziel ist die komplette Verdopplung der DNA vor der Zellteilung.

Zuerst öffnet die Helicase den Doppelstrang reißverschlussartig - eine Replikationsgabel entsteht. Die Primase setzt RNA-Primer an beide 3'-Enden. Jetzt wird's interessant: Es entstehen zwei verschiedene Stränge!

Der Leitstrang wird kontinuierlich in 5'→3' Richtung gebaut - die DNA-Polymerase folgt einfach der Helicase. Beim Folgestrang ist es komplizierter: Da die DNA-Polymerase nur in 5'→3' arbeitet, muss sie gegen die Helicase-Richtung arbeiten. Deshalb entstehen die berühmten Okazaki-Fragmente - kleine DNA-Stücke mit Lücken dazwischen.

Zum Schluss räumt eine andere DNA-Polymerase die Primer weg, und die Ligase klebt alles zusammen wie ein molekularer Klebstoff.

Eselsbrücke: Leitstrang = kontinuierlich (läuft), Folgestrang = diskontinuierlich (stockt)!

Proteinbiosynthese - Transkription

Jetzt wird's richtig spannend! Die Proteinbiosynthese ist der Weg von der DNA zum fertigen Protein. Erster Schritt: Transkription - das "Umschreiben" der DNA in RNA.

Die Transkription läuft im Zellkern ab. Die RNA-Polymerase dockt am Promoter an - das ist wie eine Startampel für Gene. Ab dem Startsignal öffnet sie die DNA blasenförmig und liest den codogenen Strang in 3'→5' Richtung ab.

Dabei entsteht die mRNA in 5'→3' Richtung durch komplementäre Basenpaarung. Wichtig: Statt Thymin wird jetzt Uracil verwendet! Am Stoppsignal (Terminatorregion) endet alles - die RNA-Polymerase löst sich, die DNA schließt sich und die mRNA ist fertig.

Die mRNA ist jetzt die mobile Kopie des Gens und kann den Zellkern verlassen - bereit für den nächsten Schritt!

Achtung: Bei der mRNA heißt es A-U und G-C statt A-T und G-C!

Genetischer Code und Translation - Start

Der genetische Code ist dein Übersetzungsbuch von RNA zu Protein! Er funktioniert als Triplett-Code - je drei Basen (ein Codon) stehen für eine Aminosäure.

Der Code hat coole Eigenschaften: Er ist degeneriert (mehrere Codons können für dieselbe Aminosäure stehen), kommafrei (keine Lücken zwischen Codons) und universell (bei fast allen Lebewesen gleich). Das Start-Codon AUG bedeutet immer Methionin, die Stopp-Codons UGA, UAG und UAA beenden die Proteinherstellung.

Die Translation beginnt im Cytoplasma: Die mRNA bindet an ein Ribosom, das bis zum Start-Codon wandert. Die tRNA ist dein "Aminosäure-Taxi" - sie hat eine Kleeblattstruktur mit einem Anticodon und transportiert die passende Aminosäure.

Das Ribosom hat drei wichtige Stellen: A (Eingang), P (Produktion) und E (Ausgang). Hier läuft die Proteinherstellung wie am Fließband!

Codesonne-Tipp: Immer von innen nach außen lesen - erst die mittlere Base, dann die anderen!

Translation - Proteinherstellung im Detail

Jetzt läuft die Protein-Fabrik auf Hochtouren! Die Kettenverlängerung ist ein genial organisierter Prozess am Ribosom.

So funktioniert's: Neue beladene tRNA kommt an die A-Stelle, die wachsende Aminosäurekette sitzt in der P-Stelle. Die Peptidyltransferase verknüpft die Aminosäuren über Peptidbindungen. Dann wandert das Ribosom drei Basen weiter - die tRNA mit der Kette rutscht zur P-Stelle, die A-Stelle wird frei, und die unbeladene tRNA verlässt über die E-Stelle das Ribosom.

Dieser Kreislauf läuft so lange, bis ein Stopp-Codon in der A-Stelle auftaucht. Dann ist Schluss: Das Ribosom zerfällt und das fertige Polypeptid wird freigesetzt!

Transkription und Translation unterscheiden sich in vielen Punkten - Ort, Enzyme, Signale - aber sie ergänzen sich perfekt. Die Transkription schreibt um, die Translation übersetzt. Zusammen verwandeln sie deine Geninformation in lebenswichtige Proteine!

Großes Bild: DNA → mRNA → Protein - von der Information zum fertigen Baustein deines Körpers!