Biologie (4/14) - Applied Digital Life Sciences
Channel: Biologie Screencasts
Date: 13/10/2022

Einführung in Biologie im Bachelorstudium Applied Digital Life Sciences der ZHAW: https://www.zhaw.ch/de/lsfm/studium/bachelor/applied-digital-life-sciences/


Du möchtest die im Video vorgestellten Moleküle selbst als 3D-Modelle untersuchen?
Nukleotid: https://3dchemie.lsfm.zhaw.ch/node/127
DNA-Doppelhelix: https://3dchemie.lsfm.zhaw.ch/node/6
Basenpaar A-T: https://3dchemie.lsfm.zhaw.ch/node/138
Basenpaar G-C: https://3dchemie.lsfm.zhaw.ch/node/139


Die beiden biologisch relevanten Nukleinsäuren sind 2'-Desoxyribonukleinsäure bzw. 2'-Deoxyribonucleic acid (DNA) und Ribonukleinsäure bzw. Ribonucleic acid (RNA). DNA ist die Trägerin der Erbinformation und findet sich bei Eukaryoten im Zellkern sowie den Mitochondrien und Plastiden. Bei der prokaryotischen Zelle bestehen das bakterielle Chromosom und die Plasmide aus DNA. RNA spielt primär als Boten- bzw. messenger RNA (mRNA), Transfer-RNA (tRNA) und ribosomale RNA (rRNA) eine Rolle. 

Nukleinsäuren bestehen aus den drei Bausteinen Phosphat, (2'-Desoxy-)ribose und einer Base. Bei der DNA sind es die Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. RNA enthält die gleichen Basen, wobei jedoch Thymin durch Uracil ersetzt ist. Zucker, Base und Phosphat bilden zusammen ein Nukleotid, den Grundbaustein der Nukleinsäuren.

Die Nukleotide sind über ihre 3'- und 5'-OH-Gruppen durch Phosphodiesterbindungen mit den benachbarten Nukleotiden verbunden. Die Phosphat- und Zuckerreste bilden zusammen das Rückgrat (Backbone), dass keine genetischen Informationen enthält. Sie ist in der Basenabfolge enthalt.

Bei einem linearen DNA-Strang bleibt an einem Ende die 5'- und am anderen Ende die 3'-OH-Gruppe frei bzw. unverestert. Sie werden als 5'-Ende und 3'-Ende bezeichnet und geben dem DNA-Molekül eine Richtung. DNA-Sequenzen werden immer in 5'→3'-Richtung angegeben.

In einer DNA-Doppelhelix sind die zwei komplementären DNA-Moleküle in gegenläufiger Richtung angeordnet, was als antiparallele Orientierung bezeichnet wird. Die DNA-Doppelhelix ist rechtsgängig. Sie besitzt eine grosse Furche (major groove) und eine kleine Furche (minor groove). Das Rückgrat der beiden Stränge zeigt nach aussen und hat Kontakt mit dem Lösungsmittel Wasser. Die Basen sind nach innen orientiert und stehen über Wasserstoffbrücken in Kontakt. Über die Basenpaarungen Adenin und Thymin sowie Guanin und Cytosin halten die beiden DNA-Stränge zusammen. Nur die Paarungen A-T und G-C sind möglich. Adenin und Thymin bilden zwei Wasserstoffbrücken (H-Brücken), Guanin und Cytosin bilden drei H-Brücken.

00:00 Themen der heutigen Lektion
00:22 Wo in pro- und eukaryotischen Zellen kommt DNA vor?
02:59 DNA als schematische Übersicht
11:22 Aufbau eines Nukleotids
25:09 3D-Darstellung eines Nukleotids
29:29 mRNA, tRNA und rRNA in der Kurzübersicht
32:25 Die verschiedenen Basen in der DNA und RNA
36:19 5'-Ende und 3'-Ende in einem DNA-Molekül
43:58 Die DNA-Doppelhelix
49:14 3D-Darstellung der DNA-Doppelhelix
54:41 Wasserstoffbrücken bei A-T und G-C
56:09 3D-Darstellung der Basenpaare