DNA-Struktur, Eigenschaften, Typen, Formen, Funktionen

DNA-Struktur, Eigenschaften, Typen, Formen, Funktionen

DNA oder Desoxyribonukleinsäure ist eine Gruppe von Molekülen, die für den Transport und die Übertragung von Erbmerkmalen oder genetischen Informationen von den Eltern zu ihren Nachkommen verantwortlich sind. Fast jede Zelle in einem mehrzelligen Organismus verfügt über einen vollständigen DNA-Satz, der für diesen Organismus erforderlich ist. Es dient auch als primäre Einheit der Vererbung in allen Arten von Organismen. Hier in diesem Artikel werden wir die Entdeckung, Struktur und Funktion von DNA im Detail erklären.

  • DNA-Struktur, Eigenschaften, Typen, Formen, Funktionen
  • DNA steht für Desoxyribonukleinsäure, ein Molekül, das die Anweisungen enthält, die ein Organismus benötigt, um sich zu entwickeln, zu leben und sich zu reproduzieren.
  • Diese Anweisungen befinden sich in jeder Zelle und werden von den Eltern an ihre Kinder weitergegeben.
  • Es ist eine Nukleinsäure und eine der vier Hauptarten von Makromolekülen, von denen bekannt ist, dass sie für alle Lebensformen essentiell sind.
  • DNA befindet sich im Kern, wobei eine kleine Menge DNA auch in Mitochondrien der Eukaryoten vorhanden ist.
DNA-Struktur, Eigenschaften, Typen, Formen, Funktionen
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Was ist die vollständige Form der DNA?

Volle Form der DNA

(DNA)-Desoxyribonukleinsäure & Deoxyribonucleic acid

DNA-Struktur

  • 1953 entdeckten James Watson und Francis Crick die Struktur der DNA.
  • Die Werke von Rosalind Franklin führten zu Watsons und Cricks Entdeckung. Franklin hatte zuerst darauf hingewiesen, dass die DNA aus zwei Spiralen besteht.
  • Die Struktur der DNA ist eine Doppelhelixstruktur, da sie wie eine verdrehte Leiter aussieht.
  • Die Seiten der Leiter bestehen aus abwechselnden Zucker- (Desoxyribose) und Phosphatmolekülen, während die Stufen der Leiter aus einem Paar Stickstoffbasen bestehen.
  • Es gibt 4 Arten von Stickstoffbasen: Adenin (A) Thymin (T) Guanin (G) Cytosin (C) DNA-Paarung. Die Stickstoffbasen haben ein spezifisches Paarungsmuster.
  • Dieses Paarungsmuster tritt auf, weil die Menge an Adenin gleich der Menge an Thymin ist; Die Menge an Guanin entspricht der Menge an Cytosin. Die Paare werden durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten.
DNA-Struktur, Eigenschaften, Typen, Formen, Funktionen
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Detaillierte Struktur und Zusammensetzung der DNA

  • DNA ist eine doppelsträngige Helix. Das heißt, jedes DNA-Molekül besteht aus zwei Biopolymersträngen, die sich umeinander wickeln, um eine Doppelhelixstruktur zu bilden. Diese beiden DNA-Stränge werden als Polynukleotide bezeichnet, da sie aus einfacheren Monomereinheiten bestehen, die als Nukleotide bezeichnet werden.
  • Jeder Strang hat ein 5′-Ende (mit einer Phosphatgruppe) und ein 3′-Ende (mit einer Hydroxylgruppe).
  • Die Stränge sind antiparallel, was bedeutet, dass ein Strang in einer 5′- bis 3′-Richtung verläuft, während der andere Strang in einer 3′- bis 5′-Richtung verläuft.
  • Die beiden Stränge werden durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten und sind komplementär zueinander.
  • Grundsätzlich besteht die DNA aus Desoxyribonukleotiden.
  • Die Desoxyribonukleotide sind durch 3′-5′-Phosphodiesterbindungen miteinander verbunden.
  • Die stickstoffhaltigen Basen, aus denen die Desoxyribonukleotide bestehen, umfassen Adenin, Cytosin, Thymin und Guanin.
  • Die komplementären Stränge sind auf die Natur der stickstoffhaltigen Basen zurückzuführen. Die Base Adenin interagiert immer mit Thymin (A-T) am gegenüberliegenden Strang über zwei Wasserstoffbrückenbindungen und Cytosin interagiert immer mit Guanin (C-G) über drei Wasserstoffbrückenbindungen am gegenüberliegenden Strang.
  • Die Form der Helix wird durch Wasserstoffbrücken und hydrophobe Wechselwirkungen zwischen Basen stabilisiert.
  • Der Durchmesser der Doppelhelix beträgt 2 nm und die Doppelhelixstruktur wiederholt sich in einem Intervall von 3,4 nm, was zehn Basenpaaren entspricht.
DNA-Struktur, Eigenschaften, Typen, Formen, Funktionen
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Haupt- und Nebenrillen der DNA

  • Aufgrund der Doppelhelix-Natur der DNA weist das Molekül zwei asymmetrische Rillen auf. Eine Nut ist kleiner als die andere.
  • Diese Asymmetrie ist ein Ergebnis der geometrischen Konfiguration der Bindungen zwischen den Phosphat-, Zucker- und Basisgruppen, die die Basisgruppen zwingt, sich in Winkeln von 120 Grad anstelle von 180 Grad zu verbinden.
  • Die größere Rille wird als Hauptrille bezeichnet, die auftritt, wenn die Rückgrate weit voneinander entfernt sind. während die kleinere als kleine Rille bezeichnet wird, die auftritt, wenn sie nahe beieinander liegen.
  • Da die Haupt- und Nebenrillen die Ränder der Basen freilegen, können die Rillen verwendet werden, um die Basensequenz eines bestimmten DNA-Moleküls zu bestimmen.
  • Die Möglichkeit einer solchen Erkennung ist kritisch, da Proteine in der Lage sein müssen, spezifische DNA-Sequenzen zu erkennen, an die sie binden müssen, damit die richtigen Funktionen des Körpers und der Zelle ausgeführt werden können.

Eigenschaften von DNA

  • DNA-Helices können Rechts- oder Linkshänder sein. Die B-Konformation der DNA mit den rechtshändigen Helices ist jedoch am stabilsten.
  • Beim Erhitzen trennen sich die beiden DNA-Stränge voneinander und beim Abkühlen hybridisieren diese erneut.
  • Die Temperatur, bei der sich die beiden Stränge vollständig trennen, wird als Schmelztemperatur (Tm) bezeichnet. Die Schmelztemperatur ist für jede spezifische Sequenz spezifisch.
  • Die B-DNA-Probe mit einem höheren Schmelzpunkt muss einen höheren C-G-Gehalt aufweisen, da das C-G-Paar 3 Wasserstoffbrückenbindungen aufweist.
  • Die Basensequenz entlang des DNA-Moleküls kodiert für die Aminosäuresequenz in jedem Protein in allen Organismen.

Arten von DNA

Eukaryontische Organismen wie Tiere, Pflanzen und Pilze speichern den größten Teil ihrer DNA im Zellkern und einen Teil ihrer DNA in Organellen wie Mitochondrien.

Basierend auf dem Ort kann DNA sein:

Kern-DNA

  • Befindet sich im Kern von Eukaryontenzellen.
  • Hat normalerweise zwei Kopien pro Zelle.
  • Die Struktur von Kern-DNA-Chromosomen ist linear mit offenen Enden und umfasst 46 Chromosomen mit 3 Milliarden Nukleotiden.
  • Die nukleare DNA ist diploid und erbt normalerweise die DNA von zwei Elternteilen. Die Mutationsrate für Kern-DNA beträgt weniger als 0,3%.
  • Mitochondriale DNA

Mitochondriale DNA befindet sich in den Mitochondrien.

  • Enthält 100-1.000 Kopien pro Zelle.
  • Mitochondriale DNA-Chromosomen haben üblicherweise geschlossene, kreisförmige Strukturen und enthalten beispielsweise 16.569 Nukleotide beim Menschen.
  • Mitochondriale DNA ist haploide und kommt nur von der Mutter.
  • Die Mutationsrate für mitochondriale DNA ist im Allgemeinen höher als für nukleare DNA.

Formen der DNA

  • Der größte Teil der DNA befindet sich im klassischen Watson-Crick-Modell, das einfach als B-DNA oder B-Form-DNA bezeichnet wird.
  • Unter bestimmten Bedingungen erscheinen verschiedene Formen von DNA wie A-DNA, Z-DNA, C-DNA, D-DNA, E-DNA.
  • Diese Abweichung in den Formen beruht auf ihrer strukturellen Vielfalt.

B-DNA

Am häufigsten, ursprünglich aus der Röntgenbeugung des Natriumsalzes von DNA-Fasern bei 92% relativer Luftfeuchtigkeit abgeleitet.

A-DNA

Ursprünglich durch Röntgenbeugung der Analyse von DNA-Fasern bei 75% relativer Luftfeuchtigkeit identifiziert.

Z-DNA

Die linkshändige Doppelhelixstruktur windet sich im Zick-Zack-Muster nach links.

C-DNA

Gebildet bei 66% relativer Luftfeuchtigkeit und in Gegenwart von Li + – und Mg2 + -Ionen.

D-DNA

Seltene Variante mit 8 Basenpaaren pro Wendel, Form in Struktur ohne Guanin.

E-DNA

Erweiterte oder exzentrische DNA.

Funktionen der DNA

DNA spielt in den meisten lebenden Organismen eine entscheidende Rolle als genetisches Material. Es transportiert genetische Informationen von Zelle zu Zelle und von Generation zu Generation.

Daher umfassen seine Hauptfunktionen:

  • Genetische Informationen speichern
  • Steuerung der Proteinsynthese
  • Bestimmung der genetischen Kodierung
  • Direkt verantwortlich für Stoffwechselaktivitäten, Evolution, Vererbung und Differenzierung.

Es ist ein stabiles Molekül und enthält über längere Zeiträume komplexere Informationen.

Die Entdeckung der DNA

Die DNA wurde im Jahr 1869 von dem Schweizer Biologen Johann Friedrich Miescher entdeckt. Die Doppelwickelstruktur des DNA-Moleküls wurde später durch experimentelle Daten von James Watson und Francis Crick entdeckt. Später wurde nachgewiesen, dass DNA für die Speicherung der genetischen Informationen eines Mannes verantwortlich ist.

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