DNA – Unzip your Genes

Ich verwende die Abkürzung DNA sehr häufig und ohne jegliche Erklärung. Und in der Tat, die meisten Leute die ich kenne können sich zumindest etwas darunter vorstellen. Aber was und wie genau ist DNA eigentlich?

Ganz grundlegened steht DNA für Deoxyribonucleic Acid – oder aber auch Desoxyribonukleinsäure (DNS; ich bleibe bei der englischen Bezeichnung). Das setzt sich zusammen aus Desoxyribose – einem Zucker der der Ribose ähnelt aber einen Sauerstoff weniger hat (daher „des-oxy“). Nukleinsäure bedeutet eigentlich „Kernsäure“, also eine saure Substanz die in unserem Zellkern, dem Nukleus, vorkommt.

Ich habe schon einmal über die Struktur der DNA berichtet. Im Grunde ist sie eine Wendeltreppe, bei der die Stufen aus vier verschiedenen Basen gebildet werden, das Geländer besteht aus Deoxyribose an dem noch Phosphatreste dranhängen. Die vier Basen heißen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Biologen sind ja von Natur aus faul, daher nennen wir die Basen A, T, G und C. Die Basen binden sich gegenseitig über sogenannte Wasserstoffbrücken. Bei einer Wasserstoffbrücke bindet ein Wasserstoff-Atom (wer hätte es gedacht), ein sehr negativ geladenes Atom, bspw. Sauerstoff. Adenin und Thymin können untereinander zwei dieser Brücken bilden, Guanin und Cytosin bilden dieser drei, was auch bedeutet das auch immer vorgegeben ist welche der Basen sich untereinander verbinden. Außerdem ist die Bindung zwischen G und C stärker als zwischen A und T. Und diese Basen codieren alle Proteine die wir im Körper haben.

Mit einigen Ausnahmen haben alle Zellen in einem Körper die gleiche DNA. Ausnahmen sind zum Beispiel die roten Blutkörperchen – die haben gar keine. Und die Eizellen und Spermien – die haben nur die Hälfte weil sie erst miteinander kombiniert eine „richtige“ Zelle ergeben. Unsere B- und T-Zellen rearrangieren ihre DNA ein wenig um ihre Rolle im Immunsystem wahrzunehmen, denn auch ihre Antikörper bzw. Zell-Rezeptoren werden von der DNA kodiert. Sie drücken nur vorher noch einmal Shuffle um ein möglichst vielfältiges Waffenarsenal zu haben. Eines ist bei uns Menschen – bzw bei allen höheren Lebewesen, von der Hefe an, gleich. Unsere DNA befindet sich, getrennt von der restlichen Zelle, im Zellkern.
Der Zellkern ist eine Hülle um die DNA herum, sie besteht aus einer Membran (ähnlich wie die Zelle) die an der Innenseite mit Lamin beschichtet ist. Durch verschiedene Poren können aber viele Proteine in den Kern gehen und dort die verschiedensten Funktionen ausführen.

Die wichtigsten Proteine im Zellkern sind wohl die Histone. Durch den Phosphatrest ist unsere DNA stark negativ aufgeladen. Wenn man sich das wie bei Magneten vorstellen, die sich ja gegenseitig abstoßen, wird das Problem deutlich. Die ganzen negativen Ladungen stoßen einander ab und die DNA bräuchte viel Platz, gäbe es da nicht die Histone. Die Histone sind kleine Kügelchen. Sie sind wirklich sehr, sehr klein (selbst für uns Molekularbiologen) und nach außen hin positiv geladen. Und wer wieder an einen Magneten denkt: Ja, dieser positiv geladene Teil verbindet sich mit der negativ geladenen DNA. Die Ladung wird ausgeglichen. Gleichzeitig wickelt sich die DNA noch um die Histone herum, um sie wirklich eng zusammen zu packen. Die Histone bringen auch Ordnung in die DNA. Die haben wichtige Funktionen bei der Regulierung von Genen. Es gibt unterschiedliche Grade der Packung und je loser diese ist desto aktiver sind die Gene die dort codiert sind weil sie einfacher zu erreichen sind (aber dazu ein ander Mal mehr).

Im Normalfall liegt die DNA für unsereins sehr durcheinander vor. Die einzelnen Chromosomen kann man nicht unterscheiden. Erst wenn die DNA vor der Zellteilung, verdoppelt wird, aber an den Centromeren noch verbunden bleibt kann man sie unter dem Mikroskop sehen. Die Chromosomen sind also siamesische Zwillings-DNA-Moleküle. Verbunden sind sie über eine Centromer-Sequenz, ein sich wiederholender Code auf der DNA. Sie sind wichtig, damit die zwei Chromatiden (2 DNA-Zwillinge= Chromatiden = 1 Chromosom) bei der Zellteilung richtig voneinander getrennt werden, sie sind eine Art Ankerpunkt. Auch wenn sie das Wort „Zentrum“ einschließen, sie befinden sich nicht genau mittig, lagern sich aber während der Zellteilung schön in der Mitte der Kerns an.

Neben dem „Zentrum“ der Chromosomen gibt es auch die Enden. Man nennt sie Telomere. Telomere sind sich wiederholende DNA-Sequenzen (schon wieder!) und in erster Linie dazu da, zu verhindern dass sich zwei Chromosomen miteinander verbinden. Unsere Zellen spüren sofort, wenn die DNA entzwei gebrochen ist und schweißen sie wieder zusammen. Es ist also nötig, dass sie die normalen Enden von wirklichen Schäden unterscheiden kann. Durch die spezifische Sequenz formen die Telomere vierfach-Helixe die wiederum Proteine binden und sie schützen. Mit jeder Zelltteilung werden unsere Telomere ein Stückchen kürzer. Wenn die DNA kopiert wird, geht immer ein kleines Stück verloren. Wir kennen das ja, wenn wir auf einem Old School Kopiergerät kopieren, und die Kopie wieder kopieren… Wenn wir das ein paar Mal machen wird die Schrift immer gräulicher und irgendwann unleserlich. Die DNA-Polymerase, ein Enzym das unsere DNA vervielfältigt, braucht immer ein Stück DNA an das sie bindet, dass sie aber nicht vervielfältigt. So werden die Telomere jedes Mal ein Stück kürzer. Sind die Telomere zu kurz kann sich die Zelle nicht mehr teilen. Sie kann dann entweder einfach weiter vor sich hin vegetieren oder aber sie stirbt.
Ihr merkt, ich bin bei vielen Dingen noch nicht ins Detail gegangen. Das wird noch kommen. Merken sollt ihr euch, dass ein DNA Molekül ein Chromatid ist, das verdoppelt über das Centromer verbunden ist. Nur während der Zellteilung sind die Chromosomen als solche zu erkennen. Außerdem ist es wichtig, dass es zwei große Bereiche (und übrigens noch weitere kleinere) gibt auf denen keine Gene vorhanden sind, sondern sich Sequenzen immer wiederholen. Und unsere DNA wird immer kürzer je öfter sich die Zelle teilt. Es gibt Hinweise darauf, dass das mit dem Altern und auch mit Krebs zusammenhängt. Aber das sind wieder Themen für sich…

6 Gedanken zu „DNA – Unzip your Genes

  1. adamat@gmx.de'Michael

    Die Erklärung stimmt nicht ganz. Chromosomen können ein oder zwei (in der Metaphase vor der Teilung) Chromatiden bestehen.

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  2. 1ife5cience@moss.in-berlin.de'Moss the TeXie

    unsere DNA wird immer kürzer je öfter sich die Zelle teilt. Es gibt Hinweise darauf, dass das mit dem Altern und auch mit Krebs zusammenhängt.

    Aha. Meine alles-andere-als-solide nichtmal-1/10-Bildung auf dem Gebiet der Molekulargenetik sagt mir, dann müsse halt jemand mal eine Telomer-Rekonstruktase erfinden, die nach jeder Teilung die Telomere wieder verlängert, und zack hätten wir Unsterblichkeit (und vielleicht neue, interessante Krebsarten).

    Ist das so, oder doch eher nicht?

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  3. Anna Artikelautor

    Hallo Moss,
    ja, die gibt es auch. Sie heißt Telomerase und ist zum Beispiel in den Zellen aktiv aus denen dan Eizellen und Spermien werden. Das Problem ist aber, dass man die Telomerase stark kontrollieren muss, sonst entsteht leicht Krebs. Viele Krebszellen haben eine Mutation des Telomerase-Promotors, des Gen-Anschalters, da ist die Telomerase aktiv und die Zelle teilt sich unkontrolliert weiter.
    Ich werde dazu beizeiten einen eigenen Beitrag machen. :)

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  4. saschihalefomar@gmail.com'Saschi-Spatzi

    Guten Morgen,

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    Herzlichst
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  5. Pingback: Ey, Seneszenz, Alter! | 1ife5cience

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