DNA
DNA (oder Desoxyribonukleinsäure) ist das Molekül, das die genetische Information in allen zellulären Lebensformen und einigen Viren trägt. Es gehört zu einer Klasse von Molekülen, die Nukleinsäuren genannt werden, die Polynukleotide sind – also lange Ketten von Nukleotiden.
Jedes Nukleotid besteht aus drei Komponenten:
Das Rückgrat des Polynukleotids ist eine Kette von Zucker-und Phosphatmolekülen., Jede der Zuckergruppen in diesem Zuckerphosphat-Rückgrat ist mit einer der vier stickstoffhaltigen Basen verbunden.
Polynukleotidstrang
Die Fähigkeit der DNA, Informationen zu speichern und zu übertragen, liegt in der Tatsache, dass sie aus zwei Polynukleotidsträngen besteht, die sich umeinander drehen, um eine doppelsträngige Helix zu bilden. Die Basen verbinden sich auf spezifische Weise über die beiden Stränge unter Verwendung von Wasserstoffbrücken: Cytosin (C) – Paare mit Guanin (G) und Adenin (A) – Paare mit Thymin (T).,
Doppelstrang von Polynukleotiden
Die Doppelhelix des vollständigen DNA-Moleküls ähnelt einer Wendeltreppe mit zwei Zuckerphosphat-Backbones und den gepaarten Basen in der Mitte der Helix. Diese Struktur erklärt zwei der wichtigsten Eigenschaften des Moleküls. Erstens kann es kopiert oder „repliziert“ werden, da jeder Strang als Vorlage für die Erzeugung des komplementären Strangs dienen kann. Zweitens kann es Informationen in der linearen Sequenz der Nukleotide entlang jedes Strangs speichern.,
DNA-Helix mit stickstoffhaltigen Basen
Es ist die Reihenfolge der Basen entlang eines einzelnen Strangs, die den genetischen Code ausmacht. Das Vier-Buchstaben-Alphabet von A, T, G und C bildet „Wörter“ aus drei Buchstaben, die Codons genannt werden. Einzelne Codons kodieren für bestimmte Aminosäuren. Ein Gen ist eine Sequenz von Nukleotiden entlang eines DNA-Strangs-mit „Start“ – und „Stop“ – Codons und anderen regulatorischen Elementen -, die eine Sequenz von Aminosäuren spezifiziert, die zu einem Protein verbunden sind.,
So kodiert beispielsweise das Codon AGC für die Aminosäure Serin und das Codon ACC für die Aminosäure Threonin.
Es gibt zwei Punkte über den genetischen Code zu beachten:
- Es ist universell. Alles Leben auf der Erde verwendet denselben Code (mit wenigen Ausnahmen).
- Es ist entartet. Jede Aminosäure kann durch mehr als ein Codon codiert werden. Zum Beispiel kodieren AGA und AGG beide für die Aminosäure Arginin.
Eine Codon-Tabelle legt fest, wie die Triplet-Codons für bestimmte Aminosäuren kodieren.,
DNA-Replikation
Das Enzym Helicase bricht die Wasserstoffbrücken, die die beiden Stränge zusammenhalten, und beide Stränge können dann als Vorlagen für die Produktion des entgegengesetzten Strangs wirken. Der Prozess wird durch das Enzym DNA-Polymerase katalysiert und umfasst einen Korrekturlesemechanismus.
Gene
Das gen ist die grundlegende physikalische und funktionelle Einheit der Vererbung. Es besteht aus einer bestimmten Sequenz von Nukleotiden an einer bestimmten Position auf einem bestimmten Chromosom, die für ein bestimmtes Protein (oder in einigen Fällen ein RNA-Molekül) kodiert.,
Gene bestehen aus drei Arten von Nukleotidsequenz:
- kodierende Regionen, genannt Exons, die eine Sequenz von Aminosäuren angeben
- nicht kodierende Regionen, genannt Introns, die keine Aminosäuren angeben
- regulatorische Sequenzen, die eine Rolle bei der Bestimmung spielen, wann und wo das Protein hergestellt wird (und wie viel hergestellt wird)
The structural components of a gene
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A human being has 20,000 to 25,000 genes located on 46 chromosomes (23 pairs)., Diese Gene sind kollektiv als menschliches Genom bekannt.
Chromosomen
Eukaryotische Chromosomen
Das Etikett Eukaryote wird dem Griechischen für „wahren Kern“ entnommen, und Eukaryoten (alle Organismen außer Viren, Eubakterien und Archaeen) sind durch den Besitz eines Kerns und anderer membrangebundener Zellorganellen definiert.
Der Kern jeder Zelle in unserem Körper enthält insgesamt etwa 1,8 Meter DNA, obwohl jeder Strang weniger als ein Millionstel Zentimeter dick ist., Diese DNA ist eng in Strukturen verpackt, die Chromosomen genannt werden und aus langen DNA-Ketten und assoziierten Proteinen bestehen. Bei Eukaryoten sind DNA-Moleküle eng um Proteine – sogenannte Histonproteine-gewickelt, die strukturelle Unterstützung bieten und eine Rolle bei der Kontrolle der Aktivitäten der Gene spielen. Ein 150 bis 200 Nukleotide langer Strang wird zweimal um einen Kern von acht Histonproteinen gewickelt, um eine Struktur zu bilden, die als Nukleosom bezeichnet wird. Das Histonoctamer im Zentrum des Nukleosoms besteht aus zwei Einheiten der Histone H2A, H2B, H3 und H4., Die Histonketten werden wiederum zu einem Magnet aufgewickelt, der durch das Histon H1 stabilisiert wird. Das weitere Aufwickeln der Solenoide bildet die Struktur des eigentlichen Chromosoms.
Jedes Chromosom hat einen p-Arm und einen q-Arm. Der p-Arm (vom französischen Wort „petit“, was klein bedeutet) ist der kurze Arm und der q-Arm (der nächste Buchstabe im Alphabet) ist der lange Arm. In ihrer replizierten Form besteht jedes Chromosom aus zwei Chromatiden.,
Chromosom entwirren, um die Basenpaarungen der DNA zu zeigen
Die Chromosomen – und die DNA, die sie enthalten – werden als Teil des Zellzyklus kopiert und durch die Prozesse der Mitose und Meiose an Tochterzellen weitergegeben.
Lesen Sie mehr über den Zellzyklus, Mitose und Meiose
Der Mensch hat 46 Chromosomen, bestehend aus 22 Autosomenpaaren und einem Paar Geschlechtschromosomen: zwei X-Geschlechtschromosomen für Frauen (XX) und ein X-und Y-Geschlechtschromosom für Männer (XY)., Ein Mitglied jedes Chromosomenpaares kommt von der Mutter (durch die Eizelle); ein Mitglied jedes Paares kommt vom Vater (durch die Samenzelle).
Ein Foto der Chromosomen in einer Zelle wird als Karyotyp bezeichnet. Die Autosomen sind 1-22 in abnehmender Größenordnung nummeriert.
Karyotyp eines menschlichen Mannes
prokaryotische Chromosomen
Den Prokaryoten (griechisch für „Vorkern“ – einschließlich Eubakterien und Archaeen) fehlt ein diskreter Kern, und die Chromosomen prokaryotischer Zellen sind nicht von einer separaten Membran umschlossen.,
die Meisten Bakterien enthalten ein einzelnes, kreisförmiges Chromosom. (Es gibt Ausnahmen: Einige Bakterien – zum Beispiel die Gattung Streptomyces-besitzen lineare Chromosomen, und Vibrio cholerae, der Erreger der Cholera, hat zwei zirkuläre Chromosomen.) Das Chromosom – zusammen mit Ribosomen und Proteinen, die mit der Genexpression assoziiert sind-befindet sich in einer Region des Zellzytoplasmas, die als Nukleoid bekannt ist.
Die Genome von Prokaryoten sind kompakt im Vergleich zu denen von Eukaryoten, da ihnen Intronen fehlen und die Gene tendenziell in als Operonen bekannten Gruppen exprimiert werden., Das zirkuläre Chromosom des Bakteriums Escherichia coli besteht aus einem DNA-Molekül mit einer Länge von etwa 4, 6 Millionen Nukleotiden.
Neben dem Hauptchromosom zeichnen sich Bakterien auch durch das Vorhandensein extrachromosomaler genetischer Elemente aus, die als Plasmide bezeichnet werden. Diese relativ kleinen zirkulären DNA-Moleküle enthalten normalerweise Gene, die für Wachstum oder Fortpflanzung nicht wesentlich sind.
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