DNA – Definition, Aufbau und Funktion einfach erklärt

Einfach erklärt beschreiben wir dir, was genau DNA ist. Die DNA enthält die gesamte genetische Information einer Zelle (Genom). Bei den verschiedenen Lebewesen kann das Genom unterschiedlich groß sein. Bei den Prokaryoten, also den Einzellern ohne Zellkern, kann das Genom wie beispielsweise bei den Bakterien als ringförmiges DNA-Molekül vorliegen. Bei den Eukaryoten, also den Ein- oder Vielzellern mit Zellkern, liegt die DNA in mehreren DNA-Doppelsträngen vor. Der Aufbau des DNA-Moleküls (Doppelhelix) besteht aus zwei DNA–Einzelsträngen aus untereinander kovalent verbundenen Nukleotiden. Die Reihenfolge der Nukleotide ist der Schlüssel zu unserer genetischen Erbinformation.

Zu den Bestandteilen der DNA gehören die Desoxyribose (Zucker) und vier verschiedene organische Basen (die Purinbasen Adenin und Guanin sowie die Pyrimidinbasen Cytosin und Thymin). Dabei sind Base und Zucker über eine kovalente Bindung verbunden. Dieser DNA-Baustein heißt Nukleosid. Ist am Zucker noch ein Phosphat gebunden, nennt man die Einheit Nukleotid. Der Phosphatrest fungiert als Protonendonator, also als Säure. Das Nukleotid ist somit negativ geladen. Die DNA-Einzelstränge sind aus mehreren Millionen kovalent verbundenen Nukleotiden aufgebaut (Polynukleotidstrang). Die Einzelstränge haben ein 3’- und ein 5’-Ende. Das 3’-Ende beschreibt das dritte Kohlenstoffatom (C-Atom) der Desoxyribose mit einer OH-Gruppe, das 5’-Ende beschreibt das fünfte C-Atom, an dem der Phosphatrest hängt. Jeweils zwei dieser DNA-Einzelstränge lagern sich zu einem stabilen DNA-Doppelstrang zusammen. Zwischen den Basen der beiden Einzelstränge bilden sich Wasserstoffbrückenbindungen aus. Dabei paaren sich Adenin und Thymin (zwei Wasserstoffbrücken) sowie Guanin und Cytosin (drei Wasserstoffbrücken). Bei der Basenpaarung gilt die sogenannte Chargaff-Regel. Das heißt, die entsprechenden Basen liegen in einer nahezu gleichen Anzahl vor. Phosphatreste und Zucker zeigen nach außen und bilden das Rückgrat. Modellhaft kann man sich die DNA als Leiter vorstellen. Zusätzlich ist der DNA-Doppelstrang zu einer Helix gedreht und wird daher auch als DNA-Doppelhelix bezeichnet. Einfach erklärt kann man sich die Struktur der DNA-Doppelhelix auch als Wendeltreppe vorstellen.

Bestimmte DNA-Abschnitte, die für eine sogenannte funktionelle Einheit codieren, nennt man Gen. Einfach erklärt versuchen wir, dir zu beschreiben, was genau ein Gen ist. Darunter versteht man bestimmte DNA-Abschnitte mit einer vorgegebenen Reihenfolge der Basen oder Nukleotide. In dieser Reihenfolge ist die Information für eine funktionelle Einheit wie beispielsweise ein Protein gespeichert. Um diese Information umzusetzen, wird die DNA zunächst in eine sogenannte mRNA umgeschrieben. Einfach erklärt heißt dieser Ablauf Transkription. Anschließend wird die mRNA in ein Protein übersetzt (Translation). Neben Proteinen gibt es weitere funktionelle Einheiten, für die ein Gen codieren kann.

Die gesamte DNA-Menge einer Zelle liegt als 3 m langer DNA-Faden vor. Der Zellzyklus unterteilt sich in Interphase und Zellteilung. In der Interphase findet die Verdopplung der DNA statt, während der Zellteilung wird die DNA auf zwei Tochterzellen verteilt. In den unterschiedlichen Phasen muss die DNA also unterschiedlich verpackt werden, damit sie ihre Funktion erfüllen kann. In der Interphase liegt die DNA als wenig dicht verpackter diffuser DNA-Faden vor. Die Funktion dieses sogenannten Chromatin–Fadens liegt in der Bereitstellung der DNA für die Replikation während der Interphase. Während der Zellkernteilung (Mitose) liegt die DNA kondensiert vor, also als dicht verpackter Chromatin-Faden. Diese Verpackungsform wird als Chromosom bezeichnet. Die Unterschiede in Aufbau und Aufgabe von Chromatin und Chromosom begründen sich also im unterschiedlichen Verpackungszustand der DNA in den verschiedenen Phasen des Zellzyklus. 

In der folgenden Tabelle findest du Aufbau, Bestandteile und Funktion von Chromatin und Chromosom einfach erklärt:

Im folgenden Bild siehst du die unterschiedlichen Ebenen der DNA-Verpackung nochmals anschaulich zusammengefasst. Die verschiedenen Verpackungszustände der DNA sind dabei beschriftet.