Aufbau und Funktion der DNA

Die DNA, deutsch Desoxyribonukleinsäure, liegt im Zellkern und trägt die Erbinformation. Ihre Bausteine heißen Nukleotide, und jedes besteht aus drei Teilen: einem Zucker (Desoxyribose), einem Phosphatrest und einer von vier organischen Basen – Adenin, Thymin, Guanin oder Cytosin, kurz A, T, G und C. Zucker und Phosphat verbinden sich abwechselnd zu einem langen Strang, das ist das Rückgrat. Die Basen hängen wie Zähne nach innen.

Zwei solche Stränge liegen einander gegenüber und sind zu einer Doppelhelix verdrillt, einer Strickleiter, die in sich gedreht ist. Zusammengehalten wird sie durch Wasserstoffbrücken zwischen den Basen, und zwar nach einer festen Regel: A paart immer mit T, G immer mit C. Diese komplementäre Basenpaarung ist der Grund, warum ein Strang genügt, um den anderen zu rekonstruieren. Kennst du die Folge A-T-G-C, kennst du auch den Gegenstrang T-A-C-G.

Die Information steckt in der Reihenfolge der Basen. Ein Abschnitt, der den Bauplan für ein bestimmtes Eiweiß enthält, heißt Gen. Immer drei Basen hintereinander, ein Basentriplett, stehen für eine Aminosäure. Der Weg ist zweistufig: Bei der Transkription wird der Genabschnitt in eine mRNA abgeschrieben, die den Kern verlässt. Bei der Translation lesen die Ribosomen die mRNA Triplett für Triplett ab und hängen die passenden Aminosäuren zu einem Eiweiß zusammen.

Damit aus der Information in der DNA ein funktionierendes Eiweiß wird, sind zwei getrennte Vorgänge nötig, die in unterschiedlichen Teilen der Zelle ablaufen. Die Transkription findet im Zellkern statt: Ein Enzym, die RNA-Polymerase, öffnet die Doppelhelix an der Stelle des benötigten Gens und schreibt eine einzelsträngige mRNA-Kopie nach denselben Paarungsregeln, nur dass anstelle von Thymin Uracil eingebaut wird. Diese mRNA verlässt anschließend den Zellkern durch die Kernporen.

Im Zellplasma angekommen, docken Ribosomen an die mRNA an. Bei der Translation wird die Basenfolge Triplett für Triplett gelesen: Jedes Codon aus drei Basen bestimmt, welche Aminosäure als Nächstes an die wachsende Kette angehängt wird. Passende Transfer-RNA-Moleküle bringen die jeweilige Aminosäure genau zum richtigen Zeitpunkt zum Ribosom. Ist die Kette vollständig, faltet sie sich zu einem dreidimensionalen Eiweiß mit einer bestimmten Funktion, etwa als Enzym, Hormon oder Baustoff.

Dieser zweistufige Weg – Transkription im Kern, Translation am Ribosom – erklärt, warum eine einzige Veränderung in der DNA, eine Mutation, sich bis zum fertigen Eiweiß fortpflanzen kann: Ändert sich eine Base im Gen, ändert sich möglicherweise das entsprechende Codon in der mRNA, und damit unter Umständen die eingebaute Aminosäure. Nicht jede Veränderung wirkt sich aber aus, weil mehrere Codons für dieselbe Aminosäure stehen können.

Der häufigste Fehler ist, in der RNA versehentlich Thymin statt Uracil zu notieren. Thymin gibt es ausschließlich in der DNA, in jeder RNA steht stattdessen Uracil, das ebenfalls mit Adenin paart. Kontrolliere in Klausuren deine mRNA-Sequenz deshalb immer noch einmal auf verbliebene T's.

Ein zweiter Fehler ist, Gen und Chromosom gleichzusetzen. Ein Chromosom ist ein einzelner, stark verpackter DNA-Faden, auf dem viele hundert bis tausend Gene hintereinanderliegen. Ein Gen ist dagegen nur ein bestimmter, funktionell zusammengehörender Abschnitt dieses langen Fadens – der Bauplan für genau ein Eiweiß oder eine RNA. Auch die Begriffe Transkription und Translation werden oft vertauscht: Transkription schreibt DNA in RNA um, Translation übersetzt RNA in eine Aminosäurekette.

DNA begegnet dir häufiger, als du denkst. Bei einem Vaterschaftstest oder in der Kriminalistik wird die individuelle Basenfolge bestimmter, besonders variabler DNA-Abschnitte verglichen, weil sie sich von Mensch zu Mensch unterscheidet, mit Ausnahme eineiiger Zwillinge. Schon aus winzigen Spuren wie einem Haar oder etwas Speichel lässt sich dank moderner Vervielfältigungsverfahren genug DNA gewinnen, um ein solches genetisches Muster zu erstellen.

Auch in der Medizin spielt der Aufbau der DNA eine zentrale Rolle: Gentests suchen gezielt nach bekannten Mutationen in einzelnen Genen, um das Risiko für bestimmte Erbkrankheiten abzuschätzen. Und in der Landwirtschaft nutzt man das Wissen über Basentripletts und Proteinbiosynthese, um gezielt Pflanzen zu züchten oder gentechnisch zu verändern, etwa damit sie ein bestimmtes Eiweiß zum Schutz vor Schädlingen selbst herstellen.