DNA: Aufbau, Basenpaarung und Funktion
Wie ist DNA aufgebaut? Entdecke ihre Bausteine, die Basenpaarung und die Verpackung im Chromosom.
Kurz gesagt
DNA ist ein langes Molekül aus Nukleotiden, dessen Basenfolge Erbinformation speichert. Zwei komplementäre Stränge bilden eine Doppelhelix: A paart sich mit T, G mit C. Gene sind funktionelle DNA-Abschnitte.
Die DNA speichert genetische Information in der Reihenfolge ihrer vier Basen. Zwei passende DNA-Stränge bilden eine Doppelhelix. Abschnitte der DNA heißen Gene und können unter anderem Informationen für Proteine enthalten. Auf dieser Seite untersuchst du den Weg vom einzelnen DNA-Baustein bis zum verpackten Chromosom.
Deine Lernziele
DNA ist die englische Abkürzung für „deoxyribonucleic acid“. Auf Deutsch heißt derselbe Stoff Desoxyribonukleinsäure, abgekürzt DNS. Im Unterricht wird meistens DNA gesagt. Bei Menschen, Tieren und Pflanzen liegt der größte Teil der DNA im Zellkern. Bakterien haben keinen Zellkern; ihr Erbgut liegt meist als ringförmiges DNA-Molekül frei in der Zelle. Der Zellkern enthält Chromosomen. Ein Chromosom besteht aus verpackter DNA und Proteinen. Die DNA ist ein langes Molekül; ein Gen ist ein Abschnitt davon, der eine bestimmte Information trägt.
Ein DNA-Strang besteht aus vielen Bausteinen, den Nukleotiden. Entlang des Strangs wechseln Zucker und Phosphat einander ab und bilden das Zucker-Phosphat-Rückgrat. An jedem Zucker hängt eine Base. Die Basen ragen nach innen, zum zweiten Strang hin.
Merke: Ein Gen ist ein Teil der DNA. DNA wiederum ist ein wesentlicher Bestandteil eines Chromosoms.
Nukleotid
Ein DNA-Nukleotid besteht aus dem Zucker Desoxyribose, einer Phosphatgruppe und genau einer der vier Basen Adenin, Thymin, Guanin oder Cytosin.
Beispiel
- 1Stell dir eine Leiter vor.
- 2Zucker und Phosphat bilden abwechselnd die beiden langen Seiten.
- 3Die Basen zeigen nach innen und bilden zusammen die Sprossen.
- 4Das Bild erklärt die Anordnung, ist aber nur ein Modell: Eine echte DNA ist ein Molekül und keine starre Leiter.
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Die DNA enthält vier Basen: Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C). Zwischen zwei DNA-Strängen paart sich Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin. Solche passenden Basen heißen komplementär. A und T werden durch zwei Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten, G und C durch drei. Die Basenpaare verbinden die beiden Zucker-Phosphat-Rückgrate. Die verbundenen Stränge winden sich zur Doppelhelix, ähnlich einer verdrehten Leiter.
Merke: Die Paarungsregel lautet: A–T und G–C. Kennst du einen Strang, kannst du deshalb die Basenfolge des anderen Strangs ergänzen.
Beispiel: Einen DNA-Gegenstrang ergänzen
- 1Gegeben ist der DNA-Abschnitt A – C – G – T – T – A.
- 2Ergänze Position für Position: A–T, C–G, G–C und T–A.
- 3Der komplementäre Abschnitt lautet T – G – C – A – A – T.
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Die Reihenfolge der Basen trägt genetische Information. Wie bei Buchstaben kann eine andere Reihenfolge eine andere Information ergeben. Viele Gene enthalten den Bauplan für ein Protein. Proteine wirken zum Beispiel beim Zellaufbau, bei der Verdauung oder bei der Abwehr von Krankheitserregern mit. Die Zelle nutzt die Basenfolge eines Gens als Anleitung und baut danach ein Protein; das Protein beeinflusst dann ein Merkmal: Gen → Protein → Merkmal. DNA übernimmt die Aufgaben dieser Proteine also nicht selbst, sie liefert die Anleitung. Wie die Zelle die Anleitung genau abliest und umsetzt, erklärt die Seite Proteinbiosynthese.
Viele Merkmale hängen von mehreren Genen, biologischen Abläufen und äußeren Einflüssen ab. Die DNA ist daher keine vollständige Vorhersage jedes Merkmals.
Gen
Ein Gen ist ein DNA-Abschnitt mit einer bestimmten Basenreihenfolge, der für eine funktionelle Einheit codiert. Viele Gene enthalten die Information für die Bildung eines Proteins.
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Lange DNA-Moleküle werden mit Proteinen aufgewickelt und gefaltet, ungefähr wie ein Faden auf viele kleine Spulen. DNA und diese Proteine bilden zusammen das Chromatin. Lockeres Chromatin erleichtert den Zugang zum Ablesen oder Kopieren. Vor und während der Zellteilung wird das Material besonders stark verdichtet; in dieser Transportform sind Chromosomen erkennbar. Die meisten menschlichen Körperzellen mit Zellkern besitzen 46 Chromosomen in 23 Paaren. Jedes Chromosom trägt viele Gene. Die Zahl 46 beschreibt also Chromosomen, nicht Gene oder Nukleotide.
Die beiden Stränge der Doppelhelix liegen gegenläufig nebeneinander: Ihre Enden zeigen in entgegengesetzte Richtungen. Diese Richtung spielt eine Rolle, wenn die DNA kopiert wird; das erklärt die Seite DNA-Replikation.
Beispiel
- 1Vergleiche die DNA mit einem sehr langen Faden.
- 2Für die Arbeit muss ein Abschnitt zugänglich sein.
- 3Für einen geordneten Transport wird der Faden dagegen kompakt aufgewickelt.
- 4Das Modell erklärt, warum DNA unterschiedliche Verpackungszustände besitzt.
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Alles auf einen Blick
DNA
Nukleotide enthalten Desoxyribose, Phosphat und eine Base
A paart mit T und G mit C
Zwei passende Stränge bilden eine Doppelhelix
Die Basenreihenfolge trägt genetische Information
Funktionelle Abschnitte liegen auf der DNA
DNA und Proteine bilden Chromatin und Chromosomen
Ein DNA-Baustein im Modell
- 1Ein DNA-Baustein enthält Desoxyribose, eine Phosphatgruppe und Guanin.
- 2Guanin ist eine der vier möglichen Basen; der Baustein ist ein Nukleotid.
- 3Auf dem Gegenstrang passt Cytosin zu Guanin.
- 4Das Basenpaar verbindet die zwei Zucker-Phosphat-Rückgrate.
Fehler finden
Fehler in Zeile 3Richtig: Ein Gen ist ein funktioneller Abschnitt der DNA, aus der ein Chromosom mit Proteinen aufgebaut ist. Die falsche Zeile vertauscht Teil und Ganzes.
Lückentext
Ein DNA-Abschnitt, der eine bestimmte Information trägt, heißt . Zu Adenin passt auf dem Gegenstrang . DNA und Proteine bilden gemeinsam das . Bei der Zellteilung liegt es besonders kompakt vor.