Was ist die DNA?
DNA ist die Abkürzung für das englische Wort „deoxyribonucleic acid“, was auf Deutsch als Desoxyribonukleinsäure (DNS) übersetzt wird. Diese Bausteine enthalten die Erbinformationen aller Lebewesen und DNA-Viren und sind somit ein essentieller Bestandteil des Lebens. DNA speichert Informationen über Merkmale wie Augenfarbe, Größe oder Haarfarbe eines Lebewesens und dient als Bauplan für das jeweilige Lebewesen. Sie ist in viele kleine Bereiche unterteilt, sogenannte Gene, die jeweils einen Bauplan für ein Protein enthalten. Diese Proteine tragen dazu bei, die Informationen des Lebewesens im Körper zu verteilen. Bei Eukaryoten wie uns Menschen werden die Bereiche zusätzlich in zwei Kategorien unterteilt: kodierende Bereiche, die bei allen Lebewesen vorkommen, und nicht kodierende Bereiche, die nur bei Eukaryoten vorhanden sind und deshalb nicht zu RNA abgeschrieben werden.
Wie sieht der Aufbau aus?
Die DNA ist als eine helixförmige Struktur aufgebaut. Diese Struktur wurde erst 1953 von James Watson und Francis Crick entschlüsselt, wofür sie neun Jahre später, im Jahr 1962, den Nobelpreis für Physiologie und Medizin erhielten. Man kann sich diese Struktur ungefähr wie eine Strickleiter vorstellen, die sich schraubenförmig um eine Achse windet. Die einzelnen Bestandteile eines Strangs – in diesem Beispiel die Sprossen einer halben Leiter – bestehen aus einem Zucker namens Desoxyribose, einem Phosphatrest und einer von vier Nukleinbasen (Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin; oft mit A, T, G und C abgekürzt). Um aus den zwei halben Leitern eine stabile Struktur zu formen, müssen sich zwei passende Nukleinbasen über chemische Bindungen verbinden, ähnlich einem Puzzle, bei dem jeweils genau zwei Paare miteinander verknüpft werden können. Die Verbindungen zwischen den Nukleinbasen der DNA erfolgen zwischen Adenin und Thymin sowie zwischen Guanin und Cytosin, wobei die Position der Basen keine Rolle spielt. Die Abfolge der Nukleinbasen bestimmt die spezifischen Informationen eines jeden Abschnitts. Um die Informationen aus der DNA abzulesen, wird sie zunächst in RNA umgeschrieben und dann bei der Proteinbiosynthese in Proteine übersetzt, die als molekulare Werkzeuge viele Prozesse innerhalb eines Lebewesens steuern.
Die DNA eines Menschen sowie bei vielen anderen Lebewesen besteht zu fünfzig Prozent aus der DNA der Mutter und zu fünfzig Prozent aus der des Vaters.
Reparaturen an der DNA von Bakterien und Eukaryoten
Die DNA-Reparatur ist ein wichtiger Prozess, der sicherstellt, dass Schäden in der DNA behoben werden, um die genetische Stabilität zu wahren. Sowohl Bakterien als auch Eukaryoten verfügen über Mechanismen zur Reparatur, doch gibt es Unterschiede in der Art und Weise, wie diese Organismen mit DNA-Schäden umgehen.
Bakterien, als Prokaryoten, besitzen einfache, aber effektive Reparaturmechanismen. Einer der Hauptmechanismen ist die nukleotidgenaue Exzisionsreparatur (NER), bei der beschädigte DNA-Abschnitte herausgeschnitten und durch neue Nukleotide ersetzt werden. Ein weiteres wichtiges System ist die Mismatch-Reparatur (MMR), die Fehler korrigiert, die während der DNA-Replikation entstehen, wie etwa falsche Basenpaarungen. Bakterien nutzen auch die SOS-Antwort, eine Notfallreaktion auf starke DNA-Schäden. Diese Reaktion aktiviert eine Vielzahl von Reparaturproteinen, die schnell und unpräzise Schäden beheben, um das Überleben der Zelle zu sichern. Dieser Prozess kann jedoch zu Mutationen führen, da die Reparatur weniger genau ist.
Eukaryoten, die komplexere Organismen sind, besitzen zusätzlich zu den Grundmechanismen eine größere Vielfalt und Spezifität in ihren Reparatursystemen. Neben der nukleotidgenauen Exzisionsreparatur (NER) und der Mismatch-Reparatur (MMR) haben Eukaryoten auch komplexere Systeme wie die basengenau Exzisionsreparatur (BER), die spezifisch einzelne geschädigte Basen erkennt und ersetzt.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen Bakterien und Eukaryoten liegt also in der Komplexität und Präzision der Reparaturmechanismen. Während Bakterien oft schneller, aber ungenauer reparieren, insbesondere unter Stressbedingungen, haben Eukaryoten ausgefeiltere Mechanismen, die eine präzisere, wenn auch langsamere Reparatur ermöglichen. Dies ist besonders wichtig in vielzelligen Organismen wie uns Menschen, wo genetische Stabilität essenziell für die Gesundheit und Entwicklung des Organismus ist.