Nukleinsäuren

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RNA
sind Makromoleküle, die aus einigen Tausenden bis zu einigen Hunderttausenden von Nukleotiden bestehen, die sich in Form von zwei Typen in allen Zellen von Lebewesen befinden. Diese Moleküle sind die Träger genetischer Informationen und deren Codes zur Überführung in eine entsprechende Eiweißstruktur.

Bei Analyse der Substanz aus menschlichen Zellen und später aus dem Zellkern (lat. nucleus) von Fischen, wurden sie 1869 erstmals von Friedrich Miescher beschrieben und Nuklein genannt.
Zwanzig Jahre später (also 1889) entdeckte R. Altman dieselbe Substanz im Zellkern von Pflanzen, und schlug für diese Polymere (Moleküle, bestehend aus einer größeren Anzahl von Bausteinen) die neue Bezeichnung – Nukleinsäure vor.
Die komplexe Zusammensetzung dieser Nukleinsäuren beschrieb 1929 P. Lavene (sie bestehen aus Zucker, und zwar den Pentosen: Ribose oder Desoxyribose, einer der Purinbasen: Adenin oder Guanin, oder einer der Pyrimidin-Nukleinbasen: Cytosin, Thymin oder Uracil, und Phosphatgruppen), und schlug für sie die gemeinsame Bezeichnung Nukleotide vor.
Die Forschungen der erwähnten zwei Nukleotid-Typen wurde fortgesetzt, und es handelt sich um:

  • Deoxyribonucleinsäure (deren Akronym DNS ist, für deoxyribonukleinsäure, oder DNA für den englischen Begriff deoxyribonucleic acid), das größte Biopolymer, aufgebaut aus einem Zuckermolekül, und zwar 2'-Deoxyribose, Phosphat und einer der folgenden Nukleobasen: Adenin (A), Cytosin (C),Guanin (G), Thymin (T), und
  • Ribonucleinsäure (RNS oder RNA), die aus dem Zuckermolekül der Pentose (Ribose), Phosphat und einer nachfolgend angeführten Nukleobase besteht: Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G), Uracil (U). Die RNA entsteht im Kern bei der Transkription. In der Zelle kommen im wesentlichen 4 Arten von RNA vor:
  1. Erstens, Boten-RNA oder mRNA (messenger RNA), die dazu bestimmt ist, am Ribosom bei der Proteinsynthese „übersetzt“ zu werden.
  2. Zweitens, ribosomal RNA (rRNA), ein Bestandteil der Ribosomen, der sowohl strukturelle als auch katalytische Funktion hat.
  3. Drittens, Transfer-RNA, welche der Überträger der Aminosäuren bei der Proteinsynthese am Ribosom ist.
  4. Viertens, eine große Gruppe von kleinen im Zellkern lokalisierten RNAs mit unterschiedlichen Funktionen, zum Beispiel bei der Umwandlung des Primärtranskripts zur reilfen mRNA.

Nachdem der Bakteriologe Oswald Avery (1944) bewiesen hatte, dass die DNA der Träger genetischer Information ist, hieß es, die Frage zu beantworten, wie diese Erbsubstanz sich durch Replikation verdoppelt. Dieser Vorgang muss in hohem Grade genau (fehlerfrei) sein, damit die genetische Information bei jeder Zellteilung unverändert oder weitestgehend unverändert, an die Tochterzellen weitergegeben werden kann. Ohne diese Genauigkeit wäre Leben unmöglich.

Um den Mechanismus der Replikation zu verstehen, mussten Kenntnisse über die Struktur der DNA gewonnen werden. Nach einer Reihe kristallographischer Analysen (der Wissenschaftlerin Rosalind Franklin und anderer), haben J.D. Watson und F.H.C. Crick erst 1953 diese Frage beantwortet, indem sie das Modell einer Doppelhelix vorschlugen, in dem sich zwei DNA-Stränge spiralig entlang einer gemeinsamen Achse drehen, wobei sich gegenüber der Purinbase A in einem Strang, die Pyrimidinbase T im anderen Strang befindet, und gegenüber der G-Base die C-Base.
Diese Doppelhelixstruktur nach dem Prinzip der Basenpaarung führt unmittelbar zum Verständnis der Replikation. Die Doppelhelix öffnet sich in zwei Einzelstränge, und jeder dieser Einzelstränge dient nun als Matrize für die Synthese eines neuen komplementären Einzelstranges. Dadurch ergeben sich am Ende zwei Doppelstränge die in ihrer Struktur identisch sind. Das chemische Prinzip das diese identische Replikation ermöglicht, ist wie gesagt die Paarung der Basen (A mit T, G mit C), die auf der Bildung von Wasserstoffbrücken zwischen diesen Basen beruht. Wasserstoffbrücken sind schwache chemische Bindungen, was zur Folge hat, dass die Doppelhelix unter milden physiologischen Bedingungen, wie sie in der Zelle herrschen, geöffnet und wieder geschlossen werden kann. Allerdings braucht die Zelle dazu eine ganze Anzahl von Hilfsenzymen. Wenn es zu einer Abweichung kommt (Fehler bei der DNA-Synthese), wird ein Korrekturmechanismus (proofreading) aktiviert und der Fehler korrigiert, was Miroslav Radman nachgewiesen hat.

Im Unterschied zur DNA ist die RNA-Struktur (mit Ausnahme einiger Viren) einsträngig.
 Wichtig ist hervorzuheben, dass die Struktur der DNA (die, wie bereits erwähnt, einen Doppelstrang bildet) bei allen Lebewesen vorhanden ist, und der Unterschied ausschließlich durch die Reihenfolge der Nukleotide gebildet wird. Die Analyse der Reihenfolge der Nukleotide (Sequenz) in der DNA, und der vergleich der Sequenz verschiedener Arten oder Unterarten (zB verschiedener Sorten der Weinrebe vitis vinifera) wird der Grad der Verwandtschaft oder gegebenenfalls die Identität zweier Sorten nachgewiesen. Dies ist nicht nur unter lebenden Arten möglich, sondern auch bei denen, die in der Vergangenheit lebten, wenn fossile DNA noch vorhanden ist. Schon vor der Entdeckung dass DNA das genetische Material ist, hat der Physiker Erwin Schrödinger behauptet, dass die Erbsubstanz chemisch widerstandsfähig und langlebig sein müsse. Der Abschnitt auf der DNA, der für die Synthese eines Genproduktes (Protein oder RNA) verantwortlich ist, wird Gen genannt, und die Gesamtheit aller DNA einer Art heißt Genom.


Dieser unvollständige und stark gekürzte Text über Nukleinsäuren (genauso wie der Text, mit dem sich der Leser unter dem Stichwort Genetik bekannt machen kann), stellt lediglich eine Kurzinformation aus dem Gebiet der wissenschaftlichen Disziplinen der Molekularbiologie und der Molekulargenetik dar, und es wird für mehr Informationen auf diesen Gebieten auf die Wikipedia und entsprechende, in vielen anderen Quellen angeführte Literatur verwiesen.

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