Nucleinsäuren sind wichtige Makromoleküle, die nicht nur als Speicher der Erbinformation (DNA) eine wichtige Rolle spielen, sondern auch als Botschafter-Moleküle (mRNA), als Transport-Moleküle (tRNA) und als Struktur-Moleküle (rRNA) in der Zelle Verwendung finden.
DNA
Die Desoxyribonucleinsäure (DNS, engl. DNA) ist der Träger oder Speicher der Erbinformation.
Zur Struktur der DNA gehen Sie bitte auf meine Genetik-Seiten. Hier habe ich sehr viele Informationen zur DNA, zur Replikation der DNA und zum Ablesen der DNA (Transkription) hinterlegt.
Kurzinformation zur DNA
Zusammengefasst kann man die DNA als Molekül beschreiben, das aus zwei langen Einzelsträngen besteht, die schraubenartig umeinander gewunden sind (Doppelhelix). Jeder der beiden DNA-Einzelstränge besteht aus einem Rückgrat, das sich aus Einheiten der Desoxyribose und der Phosphorsäure zusammensetzt, nach dem Muster D-P-D-P-D-P-D-P-… Jedes Desoxyribose-Molekül ist mit zwei Phosphorsäure-Molekülen verbunden, und jedes Phosphorsäure-Molekül mit zwei Desoxyribose-Molekülen, außer am Anfang und am Ende des langen Strangs.
Außerdem, und das ist jetzt das Entscheidende, ist jedes Dexoxyribose-Molekül mit einer organischen Base verbunden, und zwar entweder mit Adenin, Guanin, Cytosin oder Thymin. Die Reihenfolge dieser vier Basen auf der DNA bestimmt nun die eigentliche Erbinformation. Die Erbinformation ist also durch vier Buchstaben verschlüsselt.
Die beiden DNA-Einzelstränge werden durch eine spezifische Basenpaarung zusammengehalten. Jedes Adenin-Molekül auf dem einen Strang ist mit einem Thymin-Molekül auf dem anderen Strang durch zwei Wasserstoffbrücken-Bindungen (kurz: H-Brücken) verbunden, und jedes Guanin-Molekül auf dem einen Strang ist mit einem Cytosin-Molekül auf dem anderen Strang durch drei solcher H-Brücken verbunden. Somit bestimmt die Basensequenz auf dem einen Strang automatisch auch die Basensequenz auf dem anderen Strang.
Das reicht jetzt aber wirklich als wesentliche Information zur DNA. Wer mehr wissen will, geht bitte auf meine Genetik-Seiten "Die Struktur der DNA".
RNA
Im Gegensatz zur DNA ist die RNA einzelsträngig aufgebaut. Während die DNA ein Doppelstrang ist, der aus zwei Einzelsträngen besteht, die sich helixartig gegenseitig umwinden und dabei durch komplementäre Basenpaare (A-T bzw. G-C) zusammengehalten werden, liegt die RNA stets in einem Einzelstrang vor.
Ein weiterer wichtiger Unterschied: In der DNA handelt es sich bei dem Zuckerbaustein des Rückgrats um Desoxyribose, bei der RNA ist dagegen der Zucker Ribose eingebaut. Desoxyribose ist eigentich gar kein richtiger Zucker, sondern es handelt sich um ein Ribose-Molekül, dem eine OH-Gruppe fehlt. Daher auch die Bezeichnung "Desoxy", auf Deutsch so viel wie "ohne Sauerstoff".
Wer mehr über diese beiden Monosaccharide wissen möchte, geht auf die Seite in der Kohlenhydrat-Abteilung dieser Homepage.
In der Zelle gibt es mehrere RNA-Sorten. Beginnen wir mit der mRNA.
mRNA
Die messenger-RNA oder Boten-RNA ist dafür verantwortlich, dass die genetische Information von der DNA zu den Ribosomen gelangt, den Proteinfabriken der Zelle. Dazu wird ein bestimmter Bereich der DNA kopiert, meistens ein Gen oder eine Reihe zusammenhängender Gene. Bestimmte Enzyme, die Polymerasen, sind für diesen Kopiervorgang verantwortlich.
Die Transkription, also die Herstellung der Arbeitskopie eines Gens, ist auf den Genetik-Seiten dieser Homepage ausführlich beschrieben.
Die mRNA-Kopie gelangt dann zu den Ribosomen. Bei den Prokaryoten ist dies kein Problem, da die DNA und die Ribosomen im gleichen Zellplasma nahe beieinander liegen. Bei Eukaroyten dagegen muss die mRNA aus dem Zellkern geschleust werden, denn die Ribosomen befinden sich im Cytoplasma, während die DNA im Zellkern eingeschlossen ist. An den Ribosomen wird die mRNA dann abgelesen und in ein Peptid übersetzt. Diesen Vorgang bezeichnet man als Translation, auch diesen Prozess habe ich auf meinen Genetik-Seiten ausführlich beschrieben.
Die Translation, also die Synthese eines Peptids durch die Ribosomen auf Grund der Informationen auf der mRNA, ist auf der Seite in der Genetik-Abteilung genau erläutert.
tRNA
Bei der Translation spielt eine weitere RNA-Sorte eine wichtige Rolle, die Transfer-RNA oder kurz tRNA. Diese Moleküle sind recht klein, viel kleiner als die mRNA. Die tRNA-Moleküle transportieren die Aminosäuren aus dem Zellplasma zu den Ribosomen, wo sie für die Proteinsynthese gebraucht werden. Weitere Einzelheiten dazu finden Sie wieder auf meinen Genetik-Seiten zur Translation.
rRNA
Die Ribosomen, die so klein sind, dass man sie nur im Elektronenmikroskop sehen kann, bestehen aus Proteinen und einer weiteren RNA-Sorte, der ribosomalen RNA oder kurz rRNA.
Weitere RNA-Moleküle
In den letzten Jahren hat man weitere Typen von RNA-Molekülen entdeckt, die bei der Steuerung der Zelle und vor allem bei der Genregulation eine wichtige Rolle spielen. So gibt es beispielsweise RNA-Moleküle, die nichts anderes tun, als bestimmte mRNA-Moleküle abzufangen und auszuschalten, so dass diese nicht zu den Ribosomen gelangen können. In bestimmten Situationen muss die Zelle eine begonnene Proteinsynthese auch schnell mal wieder abschalten können, und solche RNA-Moleküle sind dazu in der Lage.
In der Wikipedia werden zur Zeit (September 2015) 11 verschiedene RNA-Sorten aufgelistet. Wer sich dafür interessiert, schaut doch einfach auf der entsprechenden Seite vorbei.
Nachtrag Ende 2021: Im Oktober 2021 werden schon 16 verschiedene RNA-Sorten in der Wikipedia aufgelistet.