Verständnis der Doppelhelix-Struktur von DNA

In der Biologie wird der Begriff "Doppelhelix" verwendet, um die Struktur der DNA zu beschreiben. Eine DNA-Doppelhelix besteht aus zwei spiralförmigen Ketten von Desoxyribonukleinsäure. Die Form ähnelt der einer Wendeltreppe. DNA ist eine Nukleinsäure, die aus stickstoffhaltigen Basen (Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin), einem Zucker mit fünf Kohlenstoffen (Desoxyribose) und Phosphatmolekülen besteht. Die Nukleotidbasen der DNA stellen die Treppenstufen des Treppenhauses dar, und die Desoxyribose- und Phosphatmoleküle bilden die Seiten des Treppenhauses.

Warum ist DNA verdreht??

DNA ist in Chromosomen gewickelt und fest im Zellkern gepackt. Der Verdrehungsaspekt von DNA ist das Ergebnis von Wechselwirkungen zwischen den Molekülen, aus denen DNA und Wasser bestehen. Die stickstoffhaltigen Basen, aus denen die Stufen der Wendeltreppe bestehen, werden durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten. Adenin ist mit Thymin (A-T) und Guaninpaaren mit Cytosin (G-C) verbunden. Diese stickstoffhaltigen Basen sind hydrophob, was bedeutet, dass ihnen eine Affinität zu Wasser fehlt. Da das Zellzytoplasma und das Zytosol Flüssigkeiten auf Wasserbasis enthalten, möchten die stickstoffhaltigen Basen den Kontakt mit Zellflüssigkeiten vermeiden. Die Zucker- und Phosphatmoleküle, die das Zucker-Phosphat-Rückgrat des Moleküls bilden, sind hydrophil, dh sie lieben Wasser und haben eine Affinität zu Wasser.

Die DNA ist so angeordnet, dass sich das Phosphat und das Zuckergerüst außen und in Kontakt mit Flüssigkeit befinden, während sich die stickstoffhaltigen Basen im inneren Teil des Moleküls befinden. Um weiter zu verhindern, dass die stickstoffhaltigen Basen mit Zellflüssigkeit in Kontakt kommen, verdreht sich das Molekül, um den Raum zwischen den stickstoffhaltigen Basen und den Phosphat- und Zuckersträngen zu verringern. Die Tatsache, dass die beiden DNA-Stränge, die die Doppelhelix bilden, antiparallel sind, hilft auch, das Molekül zu verdrehen. Antiparallel bedeutet, dass die DNA-Stränge in entgegengesetzte Richtungen verlaufen und somit fest zusammenpassen. Dadurch kann weniger Flüssigkeit zwischen die Basen gelangen.

DNA-Replikation und Proteinsynthese

Die Doppelhelixform ermöglicht die DNA-Replikation und Proteinsynthese. Bei diesen Prozessen wickelt sich die verdrillte DNA ab und öffnet sich, damit eine Kopie der DNA erstellt werden kann. Bei der DNA-Replikation wickelt sich die Doppelhelix ab und jeder getrennte Strang wird zur Synthese eines neuen Strangs verwendet. Während sich die neuen Stränge bilden, werden Basen gepaart, bis zwei Doppelhelix-DNA-Moleküle aus einem einzelnen Doppelhelix-DNA-Molekül gebildet sind. Die DNA-Replikation ist erforderlich, damit Mitose- und Meioseprozesse auftreten können.

Bei der Proteinsynthese wird das DNA-Molekül transkribiert, um eine RNA-Version des DNA-Codes zu erzeugen, die als Messenger-RNA (mRNA) bekannt ist. Das Messenger-RNA-Molekül wird dann translatiert, um Proteine ​​zu produzieren. Damit die DNA-Transkription stattfinden kann, muss sich die DNA-Doppelhelix abwickeln und einem Enzym namens RNA-Polymerase ermöglichen, die DNA zu transkribieren. RNA ist ebenfalls eine Nukleinsäure, enthält aber die Base Uracil anstelle von Thymin. Bei der Transkription bilden Guaninpaare mit Cytosin und Adeninpaare mit Uracil das RNA-Transkript. Nach der Transkription schließt sich die DNA und kehrt in ihren ursprünglichen Zustand zurück.

DNA-Strukturentdeckung

Dr. Francis Crick und Dr. James Watson auf einem molekularbiologischen Symposium. Ted Spiegel / Mitwirkender / Getty Images

James Watson und Francis Crick wurden für die Entdeckung der Doppelhelixstruktur der DNA mit einem Nobelpreis für ihre Arbeit ausgezeichnet. Die Bestimmung der DNA-Struktur basierte zum Teil auf der Arbeit vieler anderer Wissenschaftler, darunter Rosalind Franklin. Franklin und Maurice Wilkins verwendeten Röntgenbeugung, um Hinweise auf die Struktur der DNA zu erhalten. Das von Franklin aufgenommene Röntgenbeugungsfoto von DNA mit dem Namen "Foto 51" zeigte, dass DNA-Kristalle auf dem Röntgenfilm eine X-Form bilden. Moleküle mit einer helikalen Form haben diese Art von X-Form-Muster. Watson und Crick verwendeten Beweise aus Franklins Röntgenbeugungsstudie, um ihr früher vorgeschlagenes Triple-Helix-DNA-Modell in ein Double-Helix-Modell für DNA umzuwandeln.

Der von Biochemiker Erwin Chargoff entdeckte Nachweis half Watson und Crick, die Basenpaarung in der DNA zu entdecken. Chargoff zeigte, dass die Adeninkonzentrationen in der DNA denen von Thymin und die Cytosinkonzentrationen von Guanin entsprechen. Mit diesen Informationen konnten Watson und Crick feststellen, dass die Bindung von Adenin an Thymin (A-T) und Cytosin an Guanin (C-G) die Stufen der Wendeltreppenform der DNA bilden. Das Zucker-Phosphat-Rückgrat bildet die Seiten der Treppe.

_Quelle:

• _{"Die Entdeckung der Molekülstruktur von DNA-The Double Helix." Nobelpreis.org, Nobel Media AB, 2014, www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.}