James D. Watson & Francis H. C. Crick entwarfen 1953 mithilfe der Daten von Chargaff und der Röntgenkristallographie-Daten von Rosalind Franklin und Maurice Wilkins das Modell der DNA-Doppelhelix.
Hinweise:
DNA, die Desoxyribonukleinsäure, und die heterogene Gruppe der RNAs, Ribonukleinsäuren, gehören in die Familie der Nukleinsäuren. Nukleinsäuren bestehen ganz allgemein aus drei Bausteinen: aus einem Zucker, einer Phosphorsäure und aus Basen. Betrachten wir vorerst nur die DNA:
Die DNA enthält als Zucker - wie schon der Name vermuten lässt - 2-Desoxyribose, ein C5-Kohlenhydrat. Die Hydroxylgruppe am zweiten C-Atom fehlt, so dass zur Verknüpfung der anderen Bausteine nur noch drei Möglichkeiten zur Verfügung stehen, nämlich die Hydroxylgruppen an C1, C3 und C5:
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Die Phosphorsäure ist mit zwei Zuckern verestert. Sie verbindet das C3 der einen Desoxyribose mit dem C5 einer andern. Indem auf jede Phosphorsäure ein Zucker folgt und auf diesen wiederum eine Phosphorsäure, entsteht ein langes, lineares Molekül. Nur an einem der beiden Enden, am sogenannten 5'-Ende (sprich: 5 Strich), befindet sich eine Phosphorsäure. Das andere Ende, entsprechend 3'-Ende genannt, ist eine Desoxyribose, welche als einzige am C3 nicht verestert ist. Unsere Zucker-Phosphat-Kette erhält so eine Richtung.
Die DNA enthält (neben Zucker und Phosphat) vier Basen, die man aufgrund ihrer Struktur in Purine und Pyrimidine unterteilt. Purine bestehen aus zwei Ringen (einem 6- und einem 5-Ring), Pyrimidine haben nur einen Ring, den 6-Ring
Bild: Ringe: Pyrimidin, Purin
Die in der DNA regelmässig vorkommenden Basen sind die Purine Adenin und Guanin, sowie die Pyrimidine Thymin und Cytosin. Die ebenfalls aufgeführte Pyrimidin-Base Uracil kommt nur in der RNA vor.
Bild: Struktur der Purine und
Pyrimidine
Wie sind die Basen mit den andern Bausteinen verknüpft? Wie auf dem Bild (Struktur der Purine und Pyrimidine) gezeigt, sind zwei der drei Hydroxylgruppen der Desoxyribose bereits mit der Phosphorsäure verestert, so dass die Verbindung Zucker-Base nur noch über C1 erfolgen kann. Da die Kopplung über N9 bei den Purinen bzw. über N1 bei den Pyrimidinen erfolgt, nennt man die Bindung N-glykosidisch.
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Die Primärstruktur |
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