Im Kern jeder Zelle befindet sich ein Plan, nach dem die Vorgänge in der Zelle selbst sowie Funktionen des gesamten Organismus gesteuert werden. Dieser »Lebensplan« wird bei jeder Zellteilung identisch verdoppelt und an jede der beiden neu entstehenden Zellen gleichbleibend weitervererbt. Die im Plan enthaltene Information liegt verschlüsselt - codiert - in der Desoxyribonukleinsäure (DNA) vor, einer hochmolekularen Verbindung. Die DNA besitzt demnach zwei charakteristische Eigenschaften: Sie speichert Information, und sie kann sich verdoppeln. In der Zelle wird die Information der DNA in Eiweiße umgesetzt.
Der Schlüssel des Codes
Das DNA-Molekül ist sehr lang, wenn es auch insgesamt viel zu klein ist, um in einem optischen Mikroskop sichtbar zu sein. Sein Bau erinnert an eine verdrillte Strickleiter mit Millionen von Sprossen, wegen seines spiraligen Baus heißt es Doppel Helix (Helix lateinisch = Schnecke). In den Holmen wechseln Phosphat und der Zucker Desoxyribose ab, die Sprossen bestehen aus je zwei Nucleobasen. In der DNA kommen jedoch nur vier verschiedene Basen vor: Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G). Wegen ihres unterschiedlichen, aber komplementären Baus kann sich jeweils nur A mit T und G mit C in einer Sprosse paaren. Jedes Glied eines Holmes, bestehend aus Phosphat, Zucker und der Base einer Sprossenhälfte, wird als Nucleotid bezeichnet. Die Reihen folge der Basen in den Nucleotiden einer DNA-Seite bestimmt die Basen folge entlang der anderen Seite der »Leiter«. Wenn sich ein DNA-Strang der Länge nach teilt, wird die fehlende Hälfte immer nur nach dem alten Bauplan ergänzt.
In der DNA liegt der Bauplan, nach dem die Eiweiße in den Zellen hergestellt werden sollen. Die Basen folge enthält die genaue Information für den Aufbau des Eiweißes. Die Gene oder Erbanlagen sind lange DNA-Abschnitte, von denen jeder mehrere hundert oder tausend Sprossen von Basen paaren zählt. Ein Gen steht dabei für eine Polypeptidkette (= ein Eiweiß oder Teil eines Eiweißes). Andere Gene, die nicht für Eiweiße codieren, enthalten die Information, auf welche Weise die Erbinformation in Eiweiße übersetzt werden soll.
Eiweiß besteht aus einer langen Kette von Aminosäuren. Diese gelangen durch die Nahrung in die Zelle und werden von bestimmten Trägern zu den »Synthesemaschinen« für Eiweiße, den Ribosomen, gebracht.
Außerdem muss noch der DNA-Abschnitt, nach dessen Information ein bestimmtes Eiweiß gebaut werden soll, »umgeschrieben« werden in einen zweiten Informationsträger, die sogenannte Boten-RNA. Diese überbringt die Information vom Kern zu den Ribosomen, die sich im Zytoplasma befinden. Die Boten-RNA ist ein chemisch der DNA verwandter Stoff. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die RNA einsträngig ist, Ribose anstelle der Desoxyribose enthält und die Base Uracil (U) anstelle des Thymin. Für die Synthese der Boten-RNA entwindet sich ein Abschnitt des DNA-Doppelstrangs und spaltet sich der Länge nach in zwei Einzelstränge. Ein Strang dient als Vorlage zur Synthese der RNA, so dass beide dann komplementär zueinander sind. Die Boten-RNA wandert anschließend zu den Ribosomen. Dort dient sie als Matrize für den Aufbau des Eiweißes. Andere RNA-Moleküle, als Träger-RNA bezeichnet, bringen jeweils eine Aminosäure zur Boten-RNA. Für jede Aminosäure gibt es auf der Boten-RNA ein Codewort. Dieses sogenannte Codon setzt sich aus drei aufeinander folgenden Basen (z. B. GUG oder GAA usw.) zusammen. Insgesamt sind 64 Codone möglich. Für manche Aminosäuren gibt es mehrere Codone, einige davon beinhalten bestimmte Kontrollanweisungen (z. B. Ende des Eiweißes).
Die Eiweißsynthese
Die Eiweißsynthese findet an den Ribosomen statt, und zwar während ein Ribosom an der Boten-RNA entlang gleitet. Dabei heften sich die Träger-RNA, die mit einer bestimmten Aminosäure beladen sind, an das Codon, das für diese Aminosäure codiert. Zwischen den Aminosäuren wird eine Bindung geknüpft. Gleichzeitig lösen sie sich wieder von der Träger-RNA. So bilden sich die spezifischen Aminosäure ketten der Eiweiße, seien sie für das Kollagen der Haut oder irgendein Enzym bestimmt.
Gewisse Hormone wirken als Signal, die Information bestimmter Gene auf Boten RNA zu übertragen. Andere chemische Stoffe verhindern diesen Vorgang und stoppen so die weitere Eiweißproduktion. Die Gene, die die Information für die Eiweiße enthalten, sind mit Kontrollabschnitten zu Gen Einheiten verbunden, unzählige solcher Gen Einheiten zum langen DNA-Strang. Die DNA selbst ist von bestimmten Eiweißen eingehüllt. Das Kernmaterial wird bei der Zellteilung als Chromosomen sichtbar. Menschliche Körperzellen enthalten 2 X 23 Chromosomen, die man mit einem gewöhnlichen Mikroskop erkennen kann.
Die Verdoppelung der DNA
Die genau festgelegte Basenpaarung in der DNA liefert auch die Erklärung für die Verdoppelung der DNA. Dabei entstehen aus der zu verdoppelnden DNA zwei komplette Kopien. Bevor sich eine Zelle teilt, wird der DNA-Doppelstrang Abschnitt für Abschnitt der Länge nach aufgespalten und zu jedem Einzelstrang ein neuer hinzu gebaut. Die beiden neu gebildeten Doppelstränge gleichen dem ursprünglichen in ihrer Basenabfolge vollkommen. Die Verdoppelung der DNA wird durch ein Enzym, die sogenannte DNA-Polymerase gesteuert.
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