DNA, RNA und Chromosomen - Grundlagen der Genetik

Die DNA (Desoxyribonukleinsäure) ist der zentrale Träger der Erbinformation in allen Lebewesen. Bei Eukaryoten befindet sich die DNA im Zellkern, während sie bei Prokaryoten frei im Cytoplasma vorliegt. Die charakteristische Doppelhelix-Struktur basiert auf dem Schlüssel-Schloss-Prinzip der komplementären Basenpaarung.

Definition: Die DNA besteht aus drei wesentlichen Bausteinen: Phosphorsäure, Desoxyribose (Zucker) und den Stickstoffbasen Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin. Die Basen paaren sich nach festen Regeln: A-T mit 2 Wasserstoffbrücken und C-G mit 3 Wasserstoffbrücken.

Die RNA unterscheidet sich von der DNA durch den Zuckerbestandteil Ribose statt Desoxyribose und die Base Uracil anstelle von Thymin. Es gibt drei Haupttypen: mRNA (Botschafter-RNA), tRNA (Transfer-RNA) und rRNA (ribosomale RNA), die unterschiedliche Funktionen in der Proteinbiosynthese erfüllen.

Die Chromosomenstruktur zeigt verschiedene Organisationsebenen: Von der DNA-Doppelhelix über Nucleosomen (DNA um Histone gewickelt) bis zur kompakten Chromosomenform während der Zellteilung. Diese Strukturen ermöglichen die effiziente Speicherung und Weitergabe der genetischen Information.

Der Zellzyklus und seine Phasen

Der Zellzyklus besteht aus der Interphase und der Mitosephase. Die Interphase gliedert sich in drei wichtige Abschnitte: G1-, S- und G2-Phase.

Highlight: Die G1-Phase ist die erste Wachstumsphase, in der die Zelle ihre normalen Funktionen ausführt. In der S-Phase wird die DNA verdoppelt, während in der G2-Phase die Vorbereitungen für die Zellteilung getroffen werden.

Die Kontrolle des Zellzyklus erfolgt durch verschiedene Kontrollpunkte, die das reibungslose Ablaufen der einzelnen Phasen sicherstellen. Proto-Onkogene und Tumor-Suppressor-Gene spielen dabei eine wichtige regulatorische Rolle.

Während der Interphase liegt das Chromatin entspiralisiert vor, was die Genexpression ermöglicht. Die DNA-Replikation in der S-Phase verdoppelt den genetischen Material präzise, sodass jede Tochterzelle einen vollständigen Chromosomensatz erhält.

DNA-Replikation und PCR im Biologieunterricht

Die DNA-Replikation ist ein fundamentaler Prozess der Zellteilung, der während der S-Phase des Zellzyklus stattfindet. Dieser komplexe Vorgang ermöglicht die exakte Verdopplung des Erbguts vor der Zellteilung.

Definition: Die DNA-Replikation ist der biochemische Prozess, bei dem aus einem DNA-Molekül zwei identische DNA-Moleküle entstehen.

Der Replikationsprozess beginnt mit der Entwindung der DNA-Doppelhelix durch das Enzym Helicase. Dabei entstehen zwei Einzelstränge, die als Matrize für die Synthese neuer DNA-Stränge dienen. Die DNA-Polymerase kann nur in 5'-3'-Richtung arbeiten, was zur Bildung eines kontinuierlichen Leitstrangs und eines diskontinuierlichen Folgestrangs führt.

Fachbegriffe:

• Leitstrang: kontinuierliche DNA-Synthese
• Folgestrang: diskontinuierliche Synthese in Form von Okazaki-Fragmenten
• Primase: Enzym zur RNA-Primer-Synthese

Die PCR (Polymerase-Kettenreaktion) ist eine biotechnologische Methode zur gezielten Vervielfältigung von DNA-Abschnitten. Der Prozess läuft in drei Schritten ab: Denaturierung bei 95°C, Primerhybridisierung bei 60°C und DNA-Synthese bei 72°C. Nach 20-30 Zyklen entstehen millionenfache Kopien der Ausgangs-DNA.