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Die DNA (Desoxyribonukleinsäure) ist ein doppelsträngiges Makromolekül, das aus Nukleotiden besteht und durch spezifische Basenpaarung sowie eine antiparallele Helix-Struktur die genetische Information stabil speichert.
Die DNA ist ein Polymer aus Grundeinheiten, den sogenannten Nukleotiden. Jedes Nukleotid setzt sich aus drei Komponenten zusammen: einem Phosphatrest, einem Pentose-Zucker namens Desoxyribose und einer von vier stickstoffhaltigen Nukleobasen. Während der Phosphatrest und der Zucker das schützende Rückgrat bilden, tragen die Basen die eigentliche Information.
Die Verknüpfung der Nukleotide erfolgt über Phosphodiesterbindungen. Dabei bindet die Phosphatgruppe am 5'-Kohlenstoffatom eines Zuckers an die Hydroxygruppe am 3'-Kohlenstoffatom des nächsten Zuckers. Dadurch entsteht eine klare Richtung des Stranges, die wir als 5'-zu-3'-Richtung bezeichnen. Man kann sich das Rückgrat wie die Holme einer Leiter vorstellen, die für Stabilität sorgen.
Es gibt zwei Klassen von Basen: Die Purine (Adenin und Guanin) bestehen aus einem Doppelringsystem, während die Pyrimidine (Cytosin und Thymin) nur einen einfachen Ring besitzen. Eine Eselsbrücke für die Pyrimidine ist 'CUT the PY' (Cytosin, Uracil, Thymin), wobei Uracil nur in der RNA vorkommt. In der DNA paart sich immer eine Purinbase mit einer Pyrimidinbase.
Die Stabilität der Doppelhelix beruht auf der komplementären Basenpaarung. Zwischen Adenin (A) und Thymin (T) bilden sich zwei Wasserstoffbrückenbindungen aus, während zwischen Guanin (G) und Cytosin (C) drei Wasserstoffbrückenbindungen entstehen. Aufgrund dieser stärkeren Bindung ist ein hoher GC-Gehalt thermisch stabiler als ein hoher AT-Gehalt.
Die beiden Einzelstränge der DNA verlaufen antiparallel. Das bedeutet, wenn ein Strang in 5'-3'-Richtung verläuft, liegt ihm der Gegenstrang in 3'-5'-Richtung gegenüber. Nur in dieser Orientierung können die Basen im Inneren der Struktur optimal miteinander interagieren und die charakteristische Doppelhelix bilden.
Die Helix-Struktur ist rechtsgängig und weist zwei unterschiedlich tiefe Einbuchtungen auf: die große Furche und die kleine Furche. Diese Furchen sind entscheidend, da dort Proteine (wie Transkriptionsfaktoren) an die spezifischen Basensequenzen binden können, ohne die Helix aufwinden zu müssen. Neben den Wasserstoffbrücken stabilisieren auch Stapelwechselwirkungen (Van-der-Waals-Kräfte zwischen den flachen Basenebenen) das Molekül.
