DNA: Definition, Struktur und Entdeckung

Desoxyribonukleinsäure oder DNA ist ein Molekül, das die Anweisungen enthält, die ein Organismus entwickeln, leben und reproduzieren muss. Diese Anweisungen finden sich in jeder Zelle und werden von den Eltern an ihre Kinder weitergegeben.

DNA-Struktur

DNA besteht aus Molekülen, die Nukleotide genannt werden. Jedes Nukleotid enthält eine Phosphatgruppe, eine Zuckergruppe und eine Stickstoffbase. Die vier Arten von Stickstoffbasen sind Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C). Die Reihenfolge dieser Basen bestimmt die Anweisungen der DNA oder den genetischen Code. Menschliche DNA hat ungefähr 3 Milliarden Basen und mehr als 99 Prozent dieser Basen sind in allen Leuten die gleichen, entsprechend der amerikanischen Nationalbibliothek der Medizin (NLM).

Ähnlich wie die Buchstabenfolge im Alphabet zur Bildung eines Wortes verwendet werden kann, bildet die Reihenfolge der Stickstoffbasen in einer DNA-Sequenz Gene, die den Zellen in der Sprache der Zelle sagen, wie sie Proteine ​​herstellen sollen. Eine andere Art von Nukleinsäure, Ribonukleinsäure oder RNA, überträgt genetische Information von DNA in Proteine.

Nukleotide sind aneinander befestigt, um zwei lange Stränge zu bilden, die spiralförmig sind, um eine Struktur zu erzeugen, die als Doppelhelix bezeichnet wird. Wenn Sie an die Doppelhelixstruktur als Leiter denken, wären die Phosphat- und Zuckermoleküle die Seiten, während die Basen die Sprossen wären. Die Basen auf einem Strangpaar mit den Basen auf einem anderen Strang: Adeninpaare mit Thymin und Guaninpaare mit Cytosin.

DNA-Moleküle sind lang - so lange, dass sie ohne die richtige Verpackung nicht in Zellen passen. Um in Zellen zu passen, ist die DNA fest gewunden, um Strukturen zu bilden, die wir Chromosomen nennen. Jedes Chromosom enthält ein einzelnes DNA-Molekül. Menschen haben 23 Chromosomenpaare, die sich im Zellkern befinden.

DNA-Entdeckung

Die DNA wurde erstmals von einem deutschen Biochemiker namens Frederich Miescher im Jahr 1869 beobachtet. Aber die Forscher wussten die Bedeutung dieses Moleküls jahrelang nicht. Erst 1953 fanden James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins und Rosalind Franklin heraus, dass die Struktur der DNA - eine Doppelhelix - biologische Informationen transportieren konnte.

Watson, Crick und Wilkins erhielten 1962 den Nobelpreis für Medizin "für ihre Entdeckungen über die molekulare Struktur von Nukleinsäuren und ihre Bedeutung für den Informationstransfer in lebendem Material". Franklin wurde nicht in den Preis aufgenommen, obwohl ihre Arbeit integraler Bestandteil der Forschung war. [Related: Entschlüsselung des menschlichen Genoms: 6 molekulare Meilensteine]

DNA-Sequenzierung

DNA-Sequenzierung ist eine Technologie, die es Forschern ermöglicht, die Reihenfolge der Basen in einer DNA-Sequenz zu bestimmen. Die Technologie kann verwendet werden, um die Reihenfolge der Basen in Genen, Chromosomen oder einem ganzen Genom zu bestimmen. Im Jahr 2000 haben Forscher die erste vollständige Sequenz des menschlichen Genoms abgeschlossen, so ein Bericht des National Human Genome Research Institute.

DNA-Test

Die DNA einer Person enthält Informationen über ihr Erbe und kann manchmal zeigen, ob sie für bestimmte Krankheiten gefährdet sind. DNA-Tests oder genetische Tests werden aus einer Vielzahl von Gründen verwendet, einschließlich der Diagnose genetischer Störungen, um zu bestimmen, ob eine Person Träger einer genetischen Mutation ist, die sie an ihre Kinder weitergeben können, und um zu prüfen, ob sich eine Person dort befindet Risiko für eine genetische Krankheit. Zum Beispiel ist bekannt, dass Mutationen in den BRCA1- und BRCA2-Genen das Risiko von Brust- und Eierstockkrebs erhöhen, und die Analyse dieser Gene in einem Gentest kann zeigen, ob eine Person diese Mutationen aufweist.

Genetische Testergebnisse können Auswirkungen auf die Gesundheit einer Person haben, und die Tests werden häufig zusammen mit einer genetischen Beratung durchgeführt, um den Einzelnen zu helfen, die Ergebnisse und Konsequenzen des Tests zu verstehen.

Es gibt jetzt viele At-Home-Gentest-Kits, aber einige von ihnen sind unzuverlässig. Auch NBC News berichtet, dass Menschen mit diesen Kits vorsichtig sein sollten, da die Tests im Wesentlichen den genetischen Code einer Person an einen Fremden übergeben.

Neue Forschung zu DNA

Die DNA-Forschung hat in den letzten Jahren zu einigen interessanten und wichtigen Erkenntnissen geführt. Eine Studie aus dem Jahr 2017, die in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, ergab beispielsweise, dass zufällige Fehler in der DNA, nicht etwa Vererbung oder Umweltfaktoren, für zwei Drittel der Krebsmutationen in Zellen verantwortlich sind.

Ein weiterer Durchbruch für 2017 ist die erste Sequenzierung von DNA aus ägyptischen Mumien. "Wir waren begeistert, die ersten genomweiten Daten alter ägyptischer Mumien zur Hand zu haben", sagt Stephan Schiffels, Leiter der Population Genetics Group am Max-Planck-Institut für Menschheitsgeschichte in Jena. Die Ergebnisse wurden in der Mai 2017 Ausgabe der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Filme wurden auch codiert, um ein kurzes Video in die DNA-Moleküle von Bakterien im Jahr 2017 zu machen. DNA wurde als Code für jedes Pixel des Films verwendet. Die Ergebnisse wurden in der Juli 2017 Ausgabe von Nature veröffentlicht. "Es geht nicht darum, Videos in Bakterien zu speichern", sagte Studienkoautor Seth Shipman, Postdoktorand an der Harvard Medical School in Boston. "Wir wollen Zellen in Historiker verwandeln", sagte Shipman in einer Erklärung. "Wir stellen uns ein biologisches Speichersystem vor, das viel kleiner und vielseitiger ist als die heutigen Technologien, die viele Ereignisse non-intrusiv im Laufe der Zeit verfolgen werden." [Wie Wissenschaftler einen Film innerhalb der DNA gespeichert haben]

Zusätzliche Ressourcen

Schau das Video: Chromosome, Gene, DNS / DNA – Grundbegriffe Genetik

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