Viele Menschen haben sich schon immer gefragt, warum einige der Eigenschaften, die Eltern haben, auf das Kind übertragen werden (z. B. Augenfarbe, Haare, Gesichtsform und andere). Es ist wissenschaftlich erwiesen, dass diese Merkmalsübertragung vom genetischen Material, der DNA, abhängt.
Was ist DNA?
Aktuell wird Desoxyribonukleinsäure als komplexe Verbindung verstanden, die für die Übertragung von Erbanlagen verantwortlich ist. Dieses Molekül findet sich in jeder Zelle unseres Körpers. Darin sind die wesentlichen Eigenschaften unseres Körpers programmiert (ein bestimmtes Protein ist für die Entwicklung einer bestimmten Eigenschaft verantwortlich).
Woraus besteht es? DNA besteht aus komplexen Verbindungen, die Nukleotide genannt werden. Ein Nukleotid ist ein Block oder eine Miniverbindung, die eine stickstoffh altige Base, einen Phosphorsäurerest und einen Zucker (in diesem Fall Desoxyribose) enthält.
DNA ist ein doppelsträngiges Molekül, in dem jede der Ketten nach dem Prinzip der Komplementarität durch stickstoffh altige Basen miteinander verbunden ist.
Außerdem können wir davon ausgehen, dass DNA Gene enthält - bestimmte Nukleotidsequenzen, die für die Proteinsynthese verantwortlich sind. Was sind die chemischen Merkmale der Struktur von Desoxyribonukleinsäure?
Nukleotid
Wie bereits erwähnt, ist die grundlegende Struktureinheit der Desoxyribonukleinsäure das Nukleotid. Dies ist eine komplexe Ausbildung. Die Zusammensetzung eines DNA-Nukleotids ist wie folgt.
Im Zentrum des Nukleotids befindet sich ein Fünfkomponentenzucker (in der DNA ist es Desoxyribose, im Gegensatz zur RNA, die Ribose enthält). Daran ist eine stickstoffh altige Base gebunden, von der 5 Typen unterschieden werden: Adenin, Guanin, Thymin, Uracil und Cytosin. Zusätzlich enthält jedes Nukleotid auch einen Phosphorsäurerest.
DNA enthält nur die Nukleotide, die die angegebenen Struktureinheiten aufweisen.
Alle Nukleotide sind in einer Kette angeordnet und folgen aufeinander. Gruppiert in Tripletts (jeweils drei Nukleotide) bilden sie eine Sequenz, in der jedes Triplett einer bestimmten Aminosäure entspricht. Das Ergebnis ist eine Kette.
Sie werden durch die Bindungen stickstoffh altiger Basen miteinander verbunden. Die Hauptbindung zwischen den Nukleotiden paralleler Ketten ist Wasserstoff.
Nukleotidsequenzen sind die Basis von Genen. Eine Verletzung ihrer Struktur führt zu einem Versagen der Proteinsynthese und der Manifestation von Mutationen. Die DNA enthält die gleichen Gene, die bei fast allen Menschen determiniert sind und sie von anderen Organismen unterscheiden.
Nukleotidmodifikation
In einigen Fällen wird für eine stabilere Übertragung eines bestimmten Merkmals eine Modifikation einer stickstoffh altigen Base verwendet. Die chemische Zusammensetzung der DNA wird durch das Hinzufügen einer Methylgruppe (CH3) verändert. Eine solche Modifikation (an einem Nukleotid) ermöglichtStabilisierung der Genexpression und Übertragung von Merkmalen auf Tochterzellen.
Eine solche „Verbesserung“der Struktur des Moleküls beeinflusst in keiner Weise die Assoziation stickstoffh altiger Basen.
Diese Modifikation wird auch zur Inaktivierung des X-Chromosoms verwendet. Als Ergebnis werden Barr-Körper gebildet.
Mit zunehmender Karzinogenese zeigen DNA-Analysen, dass die Nukleotidkette an vielen Basen methyliert wurde. Bei den gemachten Beobachtungen wurde festgestellt, dass die Quelle der Mutation gewöhnlich methyliertes Cytosin ist. Normalerweise kann die Demethylierung bei einem Tumorprozess helfen, den Prozess zu stoppen, aber aufgrund ihrer Komplexität wird diese Reaktion nicht durchgeführt.
DNA-Struktur
Es gibt zwei Arten von Strukturen in der Struktur eines Moleküls. Der erste Typ ist eine lineare Sequenz, die aus Nukleotiden besteht. Ihr Bau unterliegt bestimmten Gesetzen. Das Schreiben von Nukleotiden auf einem DNA-Molekül beginnt am 5'-Ende und endet am 3'-Ende. Die gegenüberliegende zweite Kette ist genauso aufgebaut, nur stehen sich die Moleküle im räumlichen Verhältnis gegenüber, und das 5'-Ende der einen Kette liegt dem 3'-Ende der zweiten gegenüber.
Die Sekundärstruktur der DNA ist eine Helix. Es wird durch das Vorhandensein von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen einander gegenüberliegenden Nukleotiden verursacht. Zwischen komplementären stickstoffh altigen Basen wird eine Wasserstoffbrücke gebildet (zum Beispiel kann nur Thymin gegenüber Adenin der ersten Kette sein und Cytosin oder Uracil können gegenüber Guanin sein). Diese Genauigkeit beruht auf der Tatsache, dass der Aufbau der zweiten Kette auf der Grundlage der ersten erfolgt, daher besteht eine genaue Entsprechung zwischen den stickstoffh altigen Basen.
Synthese des Moleküls
Wie entsteht ein DNA-Molekül?
Es gibt drei Stufen im Zyklus seiner Entstehung:
- Ketten lösen.
- Verbindung von synthetisierenden Einheiten zu einer der Ketten.
- Vervollständigung der zweiten Kette nach dem Komplementaritätsprinzip.
In der Phase der Trennung des Moleküls spielen Enzyme - DNA-Gyrasen - die Hauptrolle. Diese Enzyme konzentrieren sich auf die Zerstörung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Ketten.
Nach der Trennung der Ketten kommt das wichtigste synthetisierende Enzym, die DNA-Polymerase, ins Spiel. Seine Befestigung wird in Abschnitt 5' beobachtet. Außerdem bewegt sich dieses Enzym zum 3'-Ende und heftet gleichzeitig die notwendigen Nukleotide an die entsprechenden stickstoffh altigen Basen. An einer bestimmten Stelle (Terminator) am 3'-Ende wird die Polymerase von der ursprünglichen Kette getrennt.
Nachdem sich die Tochterkette gebildet hat, wird zwischen den Basen eine Wasserstoffbrücke gebildet, die das neu gebildete DNA-Molekül zusammenhält.
Wo finde ich dieses Molekül?
Wenn Sie sich mit der Struktur von Zellen und Geweben befassen, können Sie sehen, dass die DNA hauptsächlich im Zellkern enth alten ist. Der Zellkern ist für die Bildung neuer Tochterzellen oder ihrer Klone verantwortlich. Gleichzeitig wird die darin enth altene Erbinformation auf die neu gebildeten Zellen gleichmäßig (es werden Klone gebildet) oder in Teile (oftmals möglich) aufgeteiltbeobachten Sie ein solches Phänomen während der Meiose). Die Zerstörung des Zellkerns führt zu einer Verletzung der Bildung neuer Gewebe, was zu Mutationen führt.
Außerdem findet sich in den Mitochondrien eine besondere Art von Erbmaterial. Ihre DNA unterscheidet sich etwas von der im Zellkern (mitochondriale Desoxyribonukleinsäure hat eine Ringform und erfüllt etwas andere Funktionen).
Das Molekül selbst kann aus beliebigen Körperzellen isoliert werden (für die Forschung wird am häufigsten ein Abstrich von der Innenseite der Wange oder Blut verwendet). Nur dem sich ablösenden Epithel und einigen Blutzellen (Erythrozyten) fehlt genetisches Material.
Funktionen
Die Zusammensetzung des DNA-Moleküls bestimmt die Leistung seiner Funktion der Informationsübertragung von Generation zu Generation. Dies geschieht aufgrund der Synthese bestimmter Proteine, die die Manifestation des einen oder anderen genotypischen (inneren) oder phänotypischen (äußeren – zum Beispiel Augen- oder Haarfarbe) Merkmals verursachen.
Die Übertragung von Informationen erfolgt durch Implementierung aus dem genetischen Code. Basierend auf den im genetischen Code verschlüsselten Informationen werden spezifische Informations-, Ribosomen- und Transfer-RNAs produziert. Jede von ihnen ist für eine bestimmte Aktion verantwortlich – Boten-RNA wird verwendet, um Proteine zu synthetisieren, ribosomale RNA ist am Zusammenbau von Proteinmolekülen beteiligt und Transport-RNA bildet die entsprechenden Proteine.
Jeder Fehler in ihrer Arbeit oder eine Änderung in der Struktur führt zu einer Verletzung der ausgeübten Funktion unddas Auftreten atypischer Merkmale (Mutationen).
Der DNA-Vaterschaftstest ermöglicht es Ihnen, das Vorhandensein verwandter Anzeichen zwischen Personen festzustellen.
Gentests
Wofür kann jetzt die Erforschung des Erbguts genutzt werden?
DNA-Analyse wird verwendet, um viele Faktoren oder Veränderungen im Körper zu bestimmen.
Zunächst erlaubt Ihnen die Studie, das Vorhandensein angeborener, erblicher Krankheiten festzustellen. Zu diesen Krankheiten gehören Down-Syndrom, Autismus, Marfan-Syndrom.
Du kannst auch DNA testen, um familiäre Bindungen zu bestimmen. Der Vaterschaftstest ist seit langem in vielen, vor allem juristischen Verfahren weit verbreitet. Diese Studie ist vorgeschrieben, wenn die genetische Verwandtschaft zwischen unehelichen Kindern bestimmt wird. Häufig wird dieser Test von Erbschaftsbewerbern bei behördlichen Fragen abgelegt.
