In Zellen existiert ein DNA-Einzelstrang jeweils nur kurzfristig und nur über kurze Abschnitte, z.B. während der Zellteilung oder während der Transkription. Normalerweise paart sich ein DNA-Einzelstrang nämlich immer mit einem zweiten Einzelstrang. Diese Paarung ergibt sich dadurch, dass immer eine Base des einen Einzelstrangs mit einer bestimmten Base des anderen Strangs Wasserstoffbrücken ausbildet. Die beiden Basen, welche sich gegenüberstehen, nennt man komplementär. Adenin paart sich mit Thymin, Guanin mit Cytosin:
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Sehen Sie sich die Basenpaare etwas genauer an: einer Purin-Base steht immer eine Pyrimidin-Base gegenüber und umgekehrt. Das bedeutet, dass in der DNA immer gleichviele Purine wie Pyrimidine eingebaut sind. Diese als Chargaff-Regel bekannte Tatsache besagt auch, dass die Summe der Adenine gleich der Summe der Thymine und die Summe der Guanine gleich der Summe der Cytosine ist:
Die Sekundärstruktur einer Nukleinsäure wird durch die Abfolge komplementärer Basen bestimmt. Im Falle der DNA bleiben die Doppelstränge nicht einfach in einer Ebene, vielmehr verdrillen sie sich schraubenartig zu einer Doppelhelix, wobei die hydrophoben Basen innen liegen, die Zuckerringe und die Phosphodiesterbrücken hingegen das Rückgrat bilden und aussen liegen.
Die DNA-Doppelhelix hat folgende Eigenschaften: Sie dreht nach rechts und hat einen Durchmesser von etwa 2 nm. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Basen beträgt 0,34 nm und der helicale Drehungswinkel der benachbarten Basenpaare beträgt 36°. Das ergibt pro Umdrehung 10 Basenpaare und eine Hubhöhe von 3,4 nm.. Die planaren Basen liegen horizontal übereinander und können durch diese Stapelung ("base stacking") die Konformation der DNA stabilisieren.
Weil sich die Zucker-Base-Bindungen der komplementären Basenpaare nicht direkt gegenüber liegen, also nicht diametral zueinander stehen (ihr Abstand beträgt weniger als der Durchmesser der Helix, vergl. obige Skizze), sind die vertikalen Abstände zwischen den beiden Einzelsträngen der DNA nicht immer gleich gross, sie bilden entweder eine kleine oder eine grosse Grube.
Die beiden Einzelstränge der DNA sind zueinander antiparallel angeordnet, d. h. das 5'-Ende des einen Strangs liegt dem 3'-Ende des andern gegenüber und umgekehrt.
Folgende Abbildung veranschaulicht obige Feststellungen:
Durch die Basenpaarung ergibt sich, dass aus der Basenfolge des einen Strangs zwingend die Basenfolge im andern (komplementären) Strang bestimmt werden kann.
 Lösung |
Sie können dies an einem einfachen Beispiel üben: Versuchen Sie aus folgender DNA-Sequenz den komplementären Strang zu finden: |
Sie können sich die Struktur der DNA wahrscheinlich am besten vorstellen, wenn Sie das dreidimensionale Modell zuhilfe nehmen.
Hinweis: Im Atelier finden Sie ein DNA-Modell. Es zeigt eine vollständige Helixwindung einer B-DNA im Masstab 1:108; der Durchmesser des Modells beträgt also 20 cm (1 nm entspricht ungefähr 10 cm).
3 D-Modelle aufrufen: A-DNA | B-DNA | Z-DNA
Versuchen Sie, die folgenden Fragen zu beantworten:
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Welches ist die Phosphorsäure, welches der Zucker? |
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Sehen Sie die grosse und die kleine Grube? |
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Wo liegt das 3'- und wo das 5' - Ende eines Stranges? |
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Sehen Sie, wie die Basen übereinandergestapelt und gegeneinander versetzt sind? |
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Betrachten Sie ein Basenpaar: welches ist die Purinbase und welches die Pyrimidinbase? Vielleicht erkennen Sie die Basen sogar und damit die Basensequenz! |
Neben der B-DNA existieren noch eine Reihe weiterer DNA-Formen:
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Die Basensequenz eines DNA-Abschnitts bestimmt, welche Konformation die Doppelhelix annimmt. Alternative Konformationen sind wichtig für die Erkennung bestimmter Abschnitte durch Eiweisse (z.B. bei der Replikation oder Transkription), weil die Basen dadurch für Eiweisse besser zugänglich gemacht werden. |
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Die Primärstruktur |
Wie setzt sich RNA zusammen? |
