Was ist DNA und wie funktioniert es?
DNA ist vielleicht das berühmteste biologische Molekül; es ist in allen Formen des Lebens auf der Erde vorhanden. Aber was ist DNA oder Desoxyribonukleinsäure? Hier behandeln wir das Wesentliche.
Praktisch jede Zelle in Ihrem Körper enthält DNA oder den genetischen Code, der Sie ausmacht Sie. Die DNA enthält die Anweisungen für die Entwicklung, das Wachstum, die Reproduktion und das Funktionieren allen Lebens.
Unterschiede im genetischen Code sind der Grund, warum eine Person eher blaue als braune Augen hat, warum manche Menschen anfällig für bestimmte Krankheiten sind, warum Vögel nur zwei Flügel haben und warum Giraffen lange Hälse haben.
Erstaunlicherweise würde die gesamte DNA im menschlichen Körper mehr als 300 Mal bis zur Sonne und zurück reichen, wenn sie entschlüsselt würde.
In diesem Artikel beschreiben wir die Grundlagen der DNA, woraus sie besteht und wie sie funktioniert.
Was ist DNA?
Kurz gesagt, DNA ist ein langes Molekül, das den einzigartigen genetischen Code jeder Person enthält. Es enthält die Anweisungen zum Aufbau der Proteine, die für die Funktion unseres Körpers unerlässlich sind.
DNA-Anweisungen werden von Eltern zu Kind weitergegeben, wobei ungefähr die Hälfte der DNA eines Kindes vom Vater und die Hälfte von der Mutter stammt.
Struktur
DNA ist ein zweisträngiges Molekül, das verdreht erscheint und ihm eine einzigartige Form verleiht, die als Doppelhelix bezeichnet wird.
Jeder der beiden Stränge ist eine lange Folge von Nukleotiden oder einzelnen Einheiten aus:
- ein Phosphatmolekül
- ein Zuckermolekül namens Desoxyribose, das fünf Kohlenstoffe enthält
- eine stickstoffhaltige Region
Es gibt vier Arten von stickstoffhaltigen Regionen, die als Basen bezeichnet werden:
- Adenin (A)
- Cytosin (C)
- Guanin (G)
- Thymin (T)
Die Reihenfolge dieser vier Basen bildet den genetischen Code, der unsere Anweisungen für das Leben ist.
Die Basen der beiden DNA-Stränge werden zusammengeklebt, um eine leiterartige Form zu erzeugen. Innerhalb der Leiter bleibt A immer bei T und G bleibt immer bei C, um die „Sprossen“ zu bilden. Die Länge der Leiter wird durch die Zucker- und Phosphatgruppen gebildet.
Verpackungs-DNA: Chromatin und Chromosomen
Bildnachweis: Nationales Institut für Humangenomforschung
Die meiste DNA lebt in den Zellkernen und einige befinden sich in Mitochondrien, den Kraftwerken der Zellen.
Weil wir so viel DNA haben (2 Meter in jeder Zelle) und unsere Kerne so klein sind, muss DNA unglaublich ordentlich verpackt werden.
DNA-Stränge werden geschlungen, gewickelt und um Proteine gewickelt, die als Histone bezeichnet werden. In diesem gewickelten Zustand wird es Chromatin genannt.
Chromatin wird durch einen als Supercoiling bezeichneten Prozess weiter kondensiert und dann in Strukturen verpackt, die als Chromosomen bezeichnet werden. Diese Chromosomen bilden die bekannte "X" -Form, wie im obigen Bild gezeigt.
Jedes Chromosom enthält ein DNA-Molekül. Menschen haben 23 Chromosomenpaare oder insgesamt 46 Chromosomen. Interessanterweise haben Fruchtfliegen 8 Chromosomen und Tauben 80.
Chromosom 1 ist das größte und enthält rund 8.000 Gene. Das kleinste ist Chromosom 21 mit rund 3.000 Genen.
Was ist ein Gen?
Jede DNA-Länge, die für ein bestimmtes Protein kodiert, wird als Gen bezeichnet. Zum Beispiel kodiert ein Gen für das Protein Insulin, das Hormon, das bei der Kontrolle des Zuckergehalts im Blut hilft. Menschen haben etwa 20.000 bis 30.000 Gene, obwohl die Schätzungen variieren.
Unsere Gene machen nur etwa 3 Prozent unserer DNA aus, die restlichen 97 Prozent sind weniger gut verstanden. Es wird angenommen, dass die herausragende DNA an der Regulierung der Transkription und Translation beteiligt ist.
Wie erzeugt DNA Proteine?
Damit Gene ein Protein erzeugen können, gibt es zwei Hauptschritte:
Transkription: Der DNA-Code wird kopiert, um Messenger-RNA (mRNA) zu erzeugen. RNA ist eine Kopie von DNA, aber normalerweise einzelsträngig. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass RNA nicht die Base Thymin (T) enthält, die durch Uracil (U) ersetzt wird.
Translation: Die mRNA wird durch Transfer-RNA (tRNA) in Aminosäuren übersetzt.
mRNA wird in dreistelligen Abschnitten gelesen, die als Codons bezeichnet werden. Jedes Codon kodiert für eine bestimmte Aminosäure oder einen bestimmten Baustein eines Proteins. Beispielsweise codiert das Codon GUG die Aminosäure Valin.
Es gibt 20 mögliche Aminosäuren.
Was ist ein Telomer?
Telomere sind Regionen mit wiederholten Nukleotiden am Ende von Chromosomen.
Sie schützen die Enden des Chromosoms vor Beschädigung oder Verschmelzung mit anderen Chromosomen.
Sie wurden mit den Plastikspitzen an Schnürsenkeln verglichen, die verhindern, dass sie ausgefranst werden.
Mit zunehmendem Alter wird diese Schutzregion immer kleiner. Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt und DNA repliziert wird, wird das Telomer kürzer.
In einer Nussschale
Chromosomen sind eng gewickelte DNA-Stränge. Gene sind DNA-Abschnitte, die einzelne Proteine codieren.
Anders ausgedrückt, DNA ist der Masterplan für das Leben auf der Erde und die Quelle der wunderbaren Vielfalt, die wir um uns herum sehen.
