Warum ist die DNA so wichtig? Einfach ausgedrückt: Die DNA enthält die für das Leben notwendigen Anweisungen.
Der Code in unserer DNA gibt Hinweise darauf, wie Proteine hergestellt werden können, die für unser Wachstum, unsere Entwicklung und unsere allgemeine Gesundheit lebenswichtig sind.
Über DNA
DNA steht für Desoxyribonukleinsäure. Sie besteht aus Einheiten von biologischen Bausteinen, die Nukleotide genannt werden.
DNA ist ein lebenswichtiges Molekül, nicht nur für den Menschen, sondern auch für die meisten anderen Organismen. Die DNA enthält unser Erbgut und unsere Gene – sie macht uns einzigartig.
Aber was macht die DNA eigentlich? Lesen Sie weiter, um mehr über die Struktur der DNA zu erfahren, was sie tut und warum sie so wichtig ist.
DNA bei Gesundheit, Krankheit und Alterung
Ihr expansives Genom
Der vollständige Satz Ihrer DNA wird Ihr Genom genannt. Er enthält 3 Milliarden Basen, 20.000 Gene und 23 Chromosomenpaare!
Sie erben die Hälfte Ihrer DNA von Ihrem Vater und die Hälfte von Ihrer Mutter. Diese DNA stammt vom Spermium bzw. von der Eizelle.
Gene machen eigentlich sehr wenig von Ihrem Genom aus – nur 1 Prozent. Die anderen 99 Prozent helfen, Dinge zu regulieren, wie zum Beispiel wann, wie und in welcher Menge Proteine produziert werden.
Die Wissenschaftler lernen immer mehr über diese „nicht-kodierende“ DNA.
DNA-Schäden und Mutationen
Der DNA-Code ist anfällig für Schäden. Tatsächlich schätzt man, dass in jeder unserer Zellen täglich Zehntausende von DNA-Schäden auftreten. Schäden können durch Dinge wie Fehler bei der DNA-Replikation, freie Radikale und UV-Strahlung entstehen.
Aber keine Angst! Ihre Zellen verfügen über spezialisierte Proteine, die in der Lage sind, viele Fälle von DNA-Schäden zu erkennen und zu reparieren. Tatsächlich gibt es mindestens fünf Hauptwege der DNA-Reparatur.
Mutationen sind Veränderungen in der DNA-Sequenz. Sie können manchmal schlimm sein. Das liegt daran, dass eine Veränderung des DNA-Codes einen nachgeschalteten Einfluss auf die Art und Weise haben kann, wie ein Protein hergestellt wird.
Wenn das Protein nicht richtig funktioniert, kann es zu Krankheiten kommen. Einige Beispiele für Krankheiten, die aufgrund von Mutationen in einem einzigen Gen auftreten, sind Mukoviszidose und Sichelzellenanämie.
Mutationen können auch zur Entstehung von Krebs führen. Wenn zum Beispiel Gene mutiert sind, die für Proteine kodieren, die am Zellwachstum beteiligt sind, können Zellen wachsen und sich unkontrolliert teilen. Einige krebsverursachende Mutationen können vererbt werden, während andere durch die Einwirkung von Karzinogenen wie UV-Strahlung, Chemikalien oder Zigarettenrauch erworben werden können.
Aber nicht alle Mutationen sind schlecht. Wir erwerben sie die ganze Zeit. Einige sind harmlos, während andere zu unserer Vielfalt als Art beitragen.
Veränderungen, die bei mehr als 1 Prozent der Bevölkerung auftreten, werden als Polymorphismen bezeichnet. Beispiele für einige Polymorphismen sind Haar- und Augenfarbe.
DNA und Alterung
Man geht davon aus, dass nicht reparierte DNA-Schäden sich im Laufe des Alterns anhäufen und den Alterungsprozess vorantreiben können. Welche Faktoren können dies beeinflussen?
Etwas, das bei der altersbedingten DNA-Schädigung eine große Rolle spielen könnte, sind Schäden durch freie Radikale. Dieser eine Schädigungsmechanismus reicht jedoch möglicherweise nicht aus, um den Alterungsprozess zu erklären. Es können auch mehrere Faktoren beteiligt sein.
Eine Theorie, warum sich DNA-Schäden mit zunehmendem Alter akkumulieren, basiert auf der Evolution. Man geht davon aus, dass DNA-Schäden treuer repariert werden, wenn wir im reproduktiven Alter sind und Kinder bekommen. Nachdem wir das höchste Fortpflanzungsalter überschritten haben, nimmt der Reparaturprozess natürlich ab.
Ein weiterer Teil der DNA, der möglicherweise am Alterungsprozess beteiligt ist, sind Telomere. Telomere sind Abschnitte von sich wiederholenden DNA-Sequenzen, die sich an den Enden Ihrer Chromosomen befinden. Sie helfen, die DNA vor Schäden zu schützen, aber sie verkürzen sich auch mit jeder Runde der DNA-Replikation.
Telomerverkürzung wurde mit dem Alterungsprozess in Verbindung gebracht. Es hat sich auch herausgestellt, dass einige Faktoren des Lebensstils wie Fettleibigkeit, die Exposition gegenüber Zigarettenrauch und psychischer Stress zur Telomerverkürzung beitragen können.
Vielleicht können Entscheidungen über einen gesunden Lebensstil, wie z.B. ein gesundes Gewicht zu halten, mit Stress umzugehen und nicht zu rauchen, die Telomerverkürzung verlangsamen? Diese Frage ist für Forscher nach wie vor von großem Interesse.
Woraus besteht die DNA?
Das DNA-Molekül besteht aus Nukleotiden. Jedes Nukleotid enthält drei verschiedene Komponenten – einen Zucker, eine Phosphatgruppe und eine Stickstoffbase.
Der Zucker in der DNA wird 2′-Desoxyribose genannt. Diese Zuckermoleküle wechseln sich mit den Phosphatgruppen ab und bilden das „Rückgrat“ des DNA-Strangs.
An jeden Zucker in einem Nukleotid ist eine Stickstoffbase gebunden. Es gibt vier verschiedene Arten von Stickstoffbasen, die in der DNA vorkommen. Dazu gehören:
- Adenin (A)
- Cytosin (C)
- Guanin (G)
- Thymin (T)
Wie sieht die DNA aus?
Die beiden DNA-Stränge bilden eine 3-D-Struktur, die als Doppelhelix bezeichnet wird. In der Abbildung sieht sie ein wenig wie eine Leiter aus, die zu einer Spirale verdreht wurde, in der die Basenpaare die Sprossen und das Zuckerphosphat-Rückgrat die Beine sind.
Außerdem ist zu beachten, dass die DNA im Zellkern von eukaryotischen Zellen linear ist, d.h. die Enden jedes Strangs sind frei. In einer prokaryotischen Zelle bildet die DNA eine zirkuläre Struktur.
Was macht die DNA?
DNA hilft Ihrem Körper zu wachsen
Die DNA enthält die Anweisungen, die für einen Organismus – zum Beispiel Sie, ein Vogel oder eine Pflanze – notwendig sind, um zu wachsen, sich zu entwickeln und sich fortzupflanzen. Diese Anweisungen sind in der Sequenz der Nukleotidbasenpaare gespeichert.
Ihre Zellen lesen diesen Code drei Basen auf einmal, um Proteine zu erzeugen, die für Wachstum und Überleben unerlässlich sind. Die DNA-Sequenz, die die Information zur Herstellung eines Proteins enthält, wird als Gen bezeichnet.
Jede Gruppe von drei Basen entspricht spezifischen Aminosäuren, die die Bausteine der Proteine sind. Zum Beispiel spezifizieren die Basenpaare T-G-G-G die Aminosäure Tryptophan, während die Basenpaare G-G-C die Aminosäure Glycin spezifizieren.
Einige Kombinationen, wie T-A-A, T-A-G und T-G-A, weisen auch auf das Ende einer Proteinsequenz hin. Dadurch wird die Zelle angewiesen, dem Protein keine weiteren Aminosäuren hinzuzufügen.
Proteine setzen sich aus verschiedenen Kombinationen von Aminosäuren zusammen. Wenn sie in der richtigen Reihenfolge zusammengesetzt werden, hat jedes Protein eine einzigartige Struktur und Funktion in Ihrem Körper.
Wie kommt man vom DNA-Code zu einem Protein?
Bisher haben wir gelernt, dass die DNA einen Code enthält, der der Zelle Informationen darüber gibt, wie Proteine hergestellt werden. Aber was passiert dazwischen? Einfach gesagt, geschieht dies in einem zweistufigen Prozess:
Zunächst spalten sich die beiden DNA-Stränge auseinander. Dann lesen spezielle Proteine innerhalb des Zellkerns die Basenpaare auf einem DNA-Strang ab, um ein intermediäres Botenmolekül zu erzeugen.
Dieser Vorgang wird als Transkription bezeichnet, und das erzeugte Molekül wird als Boten-RNA (mRNA) bezeichnet. mRNA ist eine andere Art von Nukleinsäure und tut genau das, was ihr Name andeutet. Sie wandert außerhalb des Zellkerns und dient als Botschaft an die zelluläre Maschinerie, die Proteine aufbaut.
Im zweiten Schritt lesen spezialisierte Komponenten der Zelle die Botschaft der mRNA drei Basenpaare gleichzeitig ab und arbeiten daran, ein Protein, Aminosäure für Aminosäure, zusammenzusetzen. Dieser Vorgang wird Translation genannt.
Wo befindet sich die DNA?
Die Antwort auf diese Frage kann von der Art des Organismus abhängen, von dem Sie sprechen. Es gibt zwei Arten von Zellen – eukaryotische und prokaryotische.
Für Menschen gibt es DNA in jeder unserer Zellen.
Eukaryotische Zellen
Der Mensch und viele andere Organismen haben eukaryotische Zellen. Das bedeutet, dass ihre Zellen einen membrangebundenen Zellkern und mehrere andere membrangebundene Strukturen haben, die Organellen genannt werden.
In einer eukaryotischen Zelle befindet sich die DNA innerhalb des Zellkerns. Eine kleine Menge DNA findet sich auch in Organellen, den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zelle.
Da der Platz im Zellkern begrenzt ist, muss die DNA eng verpackt werden. Es gibt mehrere verschiedene Stufen der Verpackung, aber die Endprodukte sind die Strukturen, die wir Chromosomen nennen.
Prokaryotische Zellen
Organismen wie Bakterien sind prokaryotische Zellen. Diese Zellen haben keinen Kern und keine Organellen. In prokaryotischen Zellen befindet sich die DNA eng gewickelt in der Mitte der Zelle.
Was passiert, wenn sich Ihre Zellen teilen?
Die Zellen Ihres Körpers teilen sich wie ein normaler Teil des Wachstums und der Entwicklung. Wenn dies geschieht, muss jede neue Zelle eine vollständige Kopie der DNA besitzen.
Um dies zu erreichen, muss Ihre DNA einen Prozess durchlaufen, der Replikation genannt wird. Wenn dies geschieht, spalten sich die beiden DNA-Stränge auseinander. Dann verwenden spezialisierte zelluläre Proteine jeden Strang als Vorlage, um einen neuen DNA-Strang herzustellen.
Wenn die Replikation abgeschlossen ist, gibt es zwei doppelsträngige DNA-Moleküle. Ein Satz geht in jede neue Zelle, wenn die Teilung abgeschlossen ist.
Die DNA ist für unser Wachstum, unsere Fortpflanzung und unsere Gesundheit von entscheidender Bedeutung. Sie enthält die Anweisungen, die Ihre Zellen benötigen, um Proteine zu produzieren, die viele verschiedene Prozesse und Funktionen in Ihrem Körper beeinflussen.
Weil die DNA so wichtig ist, können Schäden oder Mutationen manchmal zur Entstehung von Krankheiten beitragen. Es ist jedoch auch wichtig, daran zu denken, dass Mutationen nützlich sein und auch zu unserer Vielfalt beitragen können.
