Dreidimensionale
Darstellung des DNA-Moleküls
(aus der Diplomarbeit
von Stefan Mergler)
Schon 1871 wurde die DNA von F. Miescher aus Spermien isoliert und untersucht. Erst
sehr viel später wurde von Avery et al. (1944) die DNA eindeutig als Erbmolekül identifizert. Als 1953 Watson und Crick ihre Schlußfolgerungen aus der von ihnen aus Röntgenstrukturanalysen postulierten Doppelhelix-Struktur der DNA mitteilten, war der DNA das erste wichtige Geheimnis abgerungen: Genetische Information ist in komplementärer (spiegelbildlicher) Form zweifach in dem Doppelhelix-Molekül repräsentiert. Desoxyribunucleinsäure (DNA) und Ribunucleinsäure (RNA) sind kettenförmige Makromoleküle, deren Funktion in der Speicherung und Übertragung genetischer Information bestehen. Das Prinzip der Komplementarität zwischen Matrize und Abdruck war ein Schlüssel zum Verständnis, wie sich DNA "identisch" verdoppeln kann.
Schematische Darstellung der Struktur der DNA
(a)
Verknüpfung der Nucleotide zu Nucleinsäuremolekülen an einem
entspiralisierten halben DNA-Stranges (Barckhausen et. al. , 1981)
(b)
DNA-Doppelhelixstruktur
(c)
Kalottenmodell der DNA-Struktur (nach Feugelmann, 1955)
Chemisch gesehen besteht jeder Einzelstrang aus vier Bausteinen, den als Nucleotidenbezeichneten Untereinheiten mit den Basen Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G), und
Cytosin (C), die in unterschiedlicher Abfolge durch Phosphat- und Zuckermoleküle langkettig miteinander verbunden sind (Abb.oben (b)). Bei der Doppelhelix ist jedem Adenin des ersten Stranges immer ein Thymin in dem komplementären zweiten Strang gegenüber positioniert und umgekehrt. Die gleiche Komplementarität existiert zwischen Guanin und Cytosin (Abb. oben (b)). Das Prinzip der eindimensionalen Anordnung der Basen entlang eines DNA-Stranges (Basensequenz) führt zum Verständnis der DNA als Informationsträger.Die Basen (A,G,T,C) bilden dabei die "Buchstaben" für die "Schrift der Erbinformation". Natürlich sind wir noch weit davon entfernt, die außerordentliche Komplexität der
Erbinformation in der DNA höherer Zellen , die mehr als 109 Buchstaben enthalten, zu verstehen. An synthetischen DNA-Molekülen ließ sich jedoch die Struktur der Erbsubstanz erstmals im Detail untersuchen (Dickerson, 1989). Dabei zeigte sich, daß die Basensequenz die lokale Struktur der DNA entscheident beeinflußt. Die untenstehende Abbildung der A-DNA-Helix beruht auf einem per Computer erzeugten stereoskopischem Bildpaar, das auf Röntgenstrukturanalysen des Oktamers GGTATACC (Kenard, Shakked und Viswamitra 1989) zurückzuführen ist, wie es auch in der Natur vorliegt.
