Theorie:

Der Aufbau der DNS
Die DNS ist eine chemische Substanz, die zu den Nukleinsäuren zählt. Als Trägerin der Erbinformation kommen auf ihr die Gene zu liegen. Die räumliche Struktur der DNS wurde \(1953\) von James Watson und Francis Crick aufgeklärt, wofür die Wissenschaftler \(1958\) den Nobelpreis erhielten. 
  • DNS steht für Desoxyribonukleinsäure.
  • DNA ist die Abkürzung der englischen Bezeichnung deoxyribonucleic acid.
Vergleiche: Im gleichen Maß ist eine Audio-CD Trägerin der musikalischen Information. Die Audio-CD ist nicht die Musikgruppe und ist nicht Musik. Genau so ist die DNS nicht die Erbinformation und sie "macht" auch nicht Evolution!

Die DNS ist ein Makromolekül (großes Molekül), welches aus kleinen Untereinheiten aufgebaut ist. Diese Art, nämlich große komplizierte Moleküle aus Monomeren (einfachen Untereinheiten) aufzubauen, kommt in der Natur häufig vor (siehe auch Kohlenhydrate und Eiweiße). Aus vielen Monomeren aufgebaute Moleküle nennt man auch Polymere. Nukleinsäuren sind Makromoleküle bzw. Polymere, deren Grundbaustein das Nukleotid ist. Somit wird die DNS bzw. DNA von zahlreichen Nukleotiden aufgebaut.
 
Die DNS besteht aus zwei Strängen, die durch Wasserstoffbrücken lose miteinander verbunden sind. Dieser Doppelstrang ist eingedreht. Man spricht dann von einer Doppelhelix-Struktur.
Jeder Strang hat ein Rückgrat bestehend aus abwechselnden Phosphat- und Zucker-Molekülen (in diesem Fall Deosoxyribose: ein Kohlenhydrat mit fünf C-Atomen). An diesem Rückgrat sind, jeweils an den Zuckern, je eine vonvier verschiedenen Stickstoffbasen gebunden. Die \(3\) Moleküle: Phosphat, Zucker und Base bauen ein Nukleotid, die Baueinheit der DNA auf.
 
Abb4_Doppelhelixstruktur der DNS.png
Doppelhelixstruktur der DNS
 
Zwei Einzelstränge bilden einen anti-parallelen Doppelstrang. Antiparallel sind sie, weil die beiden Stränge in entgegengesetzte Richtungen verlaufen. Sie sind nicht gleich, sondern komplementär (einander ergänzend). Sie ergänzen einander wie Fotopositiv und Fotonegativ. Das Zuckerphosphat-Rückgrat liegt außen. Die Basen zeigen nach innen. Die beiden Einzelstränge winden sich um eine zentrale Achse.

Wichtig!
Die DNS ist die Trägersubstanz der Erbinformation. Sie liegt in einer Doppelhelixstruktur vor. Sie besteht aus Nukleotiden, die ihrerseits aus einem Zucker, einem Phosphat und einer Stickstoffbase aufgebaut sind.
Das Nukleotid als Grundbaustein
Abb5.png
Das DNS-Rückgrat besteht aus Zucker (Fünfeck) und Phosphat, an das die vier verschiedenen Basen (kurz für "Stickstoffbasen") anknüpfen.
 
Ein Nukleotid besteht aus einem Phosphat, einer Desoxyribose (als Zucker) und z.B. einem Guanin (als Base). Insgesamt gibt es vier verschiedene Nukleotide.
 
Die Nukleotide sind die Grundbausteine der DNS. Freie Nukleotide kommen im Plasma vor und werden bei Bedarf von Enzymen zur DNS zusammengefügt (siehe Replikation).
Wichtig!
Jeder DNS-Strang besteht aus einem Rückgrat aus Phosphat und Zucker und den an den Zuckern hängenden Stickstoffbasen.
Die Stickstoffbasen als Schlüssel zur Erbinformation
Die Stickstoffbasen der DNS heißen Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin.
 
• Adenin und Thymin können je zwei Wasserstoffbrücken bilden.
• Cytosin und Guanin können je drei Wasserstoffbrücken bilden.
Aus diesem Grund passen nur jeweils Adenin und Thymin beziehungsweise Cytosin und Guanin zusammen.
 
Merkhilfe: Die im Alphabet außenstehenden (A,T) und die inneren (C,G) passen zusammen.
 
Wenn also auf dem einen Strang der DNS ein Adenin-Molekül liegt, kann auf dem Komplementärstrang (dem gegenüberliegenden) nur Thymin liegen. Andere Kombinationen sind nicht möglich (auch nicht z.B. Adenin zu Adenin!). Die zusammengehörigen Stickstoffbasen nennt man Basenpaare.
 
Abb6_Stickstoffbasen_DNS.jpg
Stickstoffbasen der DNS
 
Die Basen werden mit ihren Anfangsbuchstaben A,C,G,T abgekürzt.
 
Die Erbinformation ist in der Abfolge der Stickstoffbasen gespeichert. Daher enthält jeder Doppelstrang die Erbinformation zweimal: Einmal positiv (3'-5') = codogener Strang und einmal negativ (5'-3') = codierender Strang.
 
image007.png
DNS = 2 komplementäre Stränge

...wenn der positive/codogene Strang folgende Abfolge hat:  3'-AATC-5'
                             ...so hat der negative/codierende Strang:  5'-TTAG-3'

Diese positiv/negativ Speicherung der DNS ermöglicht es der Zelle, die Erbinformation (fast) fehlerfrei zu kopieren (siehe Replikation).
 
Wichtig!
Von den vier Basen passen jeweils Adenin und Thymin sowie Cytosin und Guanin zusammen.
Hier zusammenfassend der Aufbau der DNS in einem Bild:
 
Abb7.jpg
 
Auf dem linken Bild sieht man die Doppelhelixstruktur der DNS. Die zwei blauen verschlungenen Bänder stellen das Phosphat-Zucker-Rückgrat dar. Sie sind über (Stickstoff-)Basen verbunden: jeweils A-T und G-C.
 
Auf dem rechten Bild sieht man die Phosphate (gelb) und Zucker (Fünfecke in blau) der Stränge genauer. Außerdem erkennt man hier die Basen im Detail und die zwei bzw. drei Wasserstoffbrücken, welche diese verbinden. Weiters sind hier alle vier möglichen Basenpaare (von oben nach unten) zu sehen:
 
T-A
G-C
C-G
A-T
 
 
Quellen:
Ruso, Bernhart. 2011. BIOLOGIE. Skriptum. Wien: Dr. Roland GmbH, 2011. 3.Auflage
http://online-media.uni-marburg.de/chemie/bioorganic/vorlesung1/kapitel1.html?/chemie/bioorganic/vorlesung1/k1-04.html 5
https://de.wikipedia.org/wiki/Desoxyribonukleinsäure (18.12.2015)
Campbell/Reece: Biologie, 6. Auflage 2004