Die genetische Information eines Organismus wird in DNA-Molekülen gespeichert. Wie kann eine Art Molekül alle Anweisungen enthalten, um komplizierte Lebewesen wie wir selbst herzustellen? Welche Komponente oder Eigenschaft von DNA kann diese Informationen enthalten? Es muss von den Stickstoffbasen kommen, denn wie Sie bereits wissen, ist das Rückgrat aller DNA-Moleküle gleich., Es gibt jedoch nur vier Basen in der DNA: G, A, C und T. Die Sequenz dieser vier Basen kann alle Anweisungen enthalten, die zum Aufbau eines lebenden Organismus erforderlich sind. Es ist vielleicht schwer vorstellbar, dass 4 verschiedene „Buchstaben“ so viele Informationen kommunizieren können. Denken Sie jedoch an die englische Sprache, die mit nur 26 Buchstaben eine große Menge an Informationen darstellen kann. Noch tiefer ist der Binärcode, der zum Schreiben von Computerprogrammen verwendet wird. Dieser Code enthält nur Einsen und Nullen, und denken Sie an all die Dinge, die Ihr Computer tun kann., Das DNA-Alphabet kann sehr komplexe Anweisungen mit nur vier Buchstaben kodieren, obwohl die Nachrichten wirklich lang sind. Zum Beispiel trägt das E. coli-Bakterium seine genetischen Anweisungen in einem DNA-Molekül, das mehr als fünf Millionen Nukleotide enthält. Das menschliche Genom (die gesamte DNA eines Organismus) besteht aus rund drei Milliarden Nukleotiden, die zwischen 23 gepaarten DNA-Molekülen oder Chromosomen aufgeteilt sind.

Die in der Reihenfolge der Basen gespeicherten Informationen sind in Gene unterteilt: Jedes Gen enthält Informationen zur Herstellung eines funktionellen Produkts., Die genetische Information wird zuerst in ein anderes Nukleinsäurepolymer, RNA (Ribonukleinsäure), kopiert, wobei die Reihenfolge der Nukleotidbasen beibehalten wird. Gene, die Anweisungen zur Herstellung von Proteinen enthalten, werden in Messenger-RNA (mRNA) umgewandelt. Einige spezialisierte Gene enthalten Anweisungen zur Herstellung funktioneller RNA-Moleküle, die keine Proteine bilden. Diese RNA-Moleküle funktionieren, indem sie zelluläre Prozesse direkt beeinflussen; Zum Beispiel regulieren einige dieser RNA-Moleküle die Expression von mRNA., Andere Gene produzieren RNA-Moleküle, die für die Proteinsynthese, Transfer-RNA (tRNA) und ribosomale RNA (rRNA) benötigt werden.

Damit DNA beim Speichern von Informationen effektiv funktioniert, sind zwei Schlüsselprozesse erforderlich. Erstens müssen Informationen, die im DNA-Molekül gespeichert sind, jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, mit minimalen Fehlern kopiert werden. Dies stellt sicher, dass beide Tochterzellen den vollständigen Satz genetischer Informationen von der Elternzelle erben. Zweitens müssen die im DNA-Molekül gespeicherten Informationen übersetzt oder exprimiert werden., Damit die gespeicherten Informationen nützlich sind, müssen Zellen auf die Anweisungen zur Herstellung bestimmter Proteine zugreifen können, damit die richtigen Proteine zur richtigen Zeit am richtigen Ort hergestellt werden.

Abbildung 1. DNA ist Doppelhelix. Grafik modifiziert aus „DNA chemical structure“ von Madeleine Price Ball, CC-BY-SA-2.0

Sowohl das Kopieren als auch das Lesen der in DNA gespeicherten Informationen beruht auf der Basenpaarung zwischen zwei Nukleinsäurepolymersträngen. Denken Sie daran, dass die DNA-Struktur eine Doppelhelix ist (siehe Abbildung 1).,

Die Zuckerdesoxyribose mit der Phosphatgruppe bildet das Gerüst oder Rückgrat des Moleküls (gelb hervorgehoben in Abbildung 1). Basen zeigen nach innen. Komplementäre Basen bilden Wasserstoffbrücken miteinander innerhalb der Doppelhelix. Sehen Sie, wie sich die größeren Basen (Purine) mit den kleineren (Pyrimidine) paaren. Dadurch bleibt die Breite der Doppelhelix konstant. Genauer gesagt, Ein Paar mit T-und C-Paaren mit G. Wenn wir die Funktion der DNA in nachfolgenden Abschnitten diskutieren, bedenken Sie, dass es einen chemischen Grund für die spezifische Paarung von Basen gibt.,

Um den Zusammenhang zwischen Informationen in der DNA und einem beobachtbaren Merkmal eines Organismus zu veranschaulichen, betrachten wir ein Gen, das die Anweisungen zum Aufbau des Hormons Insulin enthält. Insulin ist für die Regulierung des Blutzuckerspiegels verantwortlich. Das Insulingen enthält Anweisungen zum Zusammenbau des Proteins Insulin aus einzelnen Aminosäuren. Das Ändern der Nukleotidsequenz im DNA-Molekül kann die Aminosäuren im endgültigen Protein verändern, was zu einer Fehlfunktion des Proteins führt., Wenn Insulin nicht richtig funktioniert, kann es möglicherweise nicht an ein anderes Protein (Insulinrezeptor) binden. Auf der organismalen Organisationsebene kann dieses molekulare Ereignis (Veränderung der DNA—Sequenz) zu einem Krankheitszustand führen-in diesem Fall Diabetes.

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