Die DNA/DNS als Träger der Erbinformation

Damit Lebewesen an die nachfolgende Generation Erbinformationen übertragen können, sind bestimmte Stoffe notwendig. Diese Stoffe sind die sogenannten Nukleinsäuren bzw. Desoxyribunukleinsäure (DNS, englisch “DNA”. Das DNA/DNS Träger der Erbinformationen ist, fand man durch die Experimente von Griffith und Avery heraus. Dabei zeigte sich, dass die DNA von abgetöteten Bakterien “Erbinformationen” auf lebende Bakterienzellen übertragen können. Die Träger der Erbinformation ist also ein “chemischer” Stoff und keine biologische Zell(struktur).

Die DNA/DNS als Träger der Erbinformation beim Menschen

Im 19 Jhd. wollten Forscher klären, welcher “Zellstoff” Träger der Erbinformationen ist. Dazu untersuchten sie alle möglichen chemischen Stoffe in einer Zelle. Aufgrund der biochemischen Struktur kamen zuletzt nur Nukleinsäuren und Proteine als Überträger der Erbinformationen in Frage `(=> Info1, Info2).

Das Griffith-Experiment
Ein weltbekanntes Experiment von Griffith sorgte im 20. Jhd. für Klarheit. Griffith verwendete dabei Bakterien vom Typ Streptococus, die in zwei Varianten vorkommen. Eine sogenannte S-Form und eine R-Form. Die Namen der “Formen” stammen vom “Habitus” der Bakterienkolonien. Die S-Form bildet eine glatte Kolonie (=> englisch “smooth” für glatt), während die R-Form eine raue Bakterienkolonie bildet (=> englisch “rough” für rau).

Der wesentliche Unterschied beider Formen ist, dass (nur) die S-Form virulent ist, d.h. beispielsweise bei Mäusen Krankheiten auslösen kann. Die R-Form ist hingegen nicht virulent. In seinem Experiment nutzte Griffith auch die Tatsache, dass sich Bakterien durch Hitze “abtöten”´lassen. So erhitzte er die lebenden S-Zellen und tötete diese so ab (diese S-Form ist nun nicht mehr virulent). Anschließend “mischte” er die abgetöteten S-Zellen mit (lebenden) R-Zellen und verabreichte diese Mischung Mäusen. Hier konnte Grittith beobachten, dass diese Mischung bei Mäusen Krankheiten auslöst und sogar lebende S-Zellen aus Mäusen isoliert werden konnten.

=> Die Fähigkeit “Auslöser von Krankheiten” wurde also von den abgetöteten S-Zellen auf lebende R-Zellen übertragen. Hierdurch schloss Grittith, dass es sich bei der Erbinformation nicht um eine “Zelle” sondern um einen “Stoff” handelt, denn man nicht “abtöten” kann.

Das Avery-Experiment

Avery führt das Griffith-Experiment weiter (etwas genauer). Dazu verwendete er wieder abgetötete S-Zellen und lebende R-Zellen. In seinem Experiment isolierte er aber aus den Zellen die Stoffe, die als Überträger der Erbinformationen in Frage kommen. So trennte Avery aus den S-Zellen die Proteine und die Nukleinsäuren bzw- DNA ab. Anschließend mischte er die Proteine bzw. Nukleinsäuren der S-Zellen mit den R-Zellen. Dabei beobachtete Avery, dass die DNA der S-Zellen und die R-Zellen eine virulente Mischung ergab. Die DNA der S-Zellen übertrug also die “Erbinformationen” auf die lebenden R-Zellen.

Mit Hilfe dieses Experimentes konnte schließlich Avery beweisen, dass der Trägerstoff der Erbinformationen die DNA ist.

Info 1: Nukleinsäuren als Zellbestandteile

Bereits im 19 Jhd. wusste man durch entsprechende Experimente, dass die Zellkerne Nukleinsäuren enthalten. Die Nukleinsäuren enthalten den Zucker Desoxyribose, eine Phosphatgruppe und Basen (Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin. Adenin und Guanin sind die sogenannten Purinbasen und Thymin und Cytosin sind die sogenannten Pyrimidinbasen).

Info 2: Stoffe als Überträger von Erbinformationen

Lebewesen werden durch unzählige Merkmale charakterisiert. Damit ein “Stoff” als Träger von Erbinformationen in Betracht kommt, muss er folgende Bedingungen erfüllen:

  • Der Stoff muss im (menschlichen) Körper stabil sein, das heißt, der darf im Körper nicht abgebaut werden. Dennoch muss der Stoff so aufgebaut sein, dass sich durch eine kleine Stoffänderung (beispielsweise Austausch von Atomen) relativ viele “Varianten” erzeugen lassen
  • Man muss den Stoff (unveränderlich) verdoppeln können, um ihn (bzw. eine Kopie) von der “Elterngeneration” an die nachfolgende Generation übertragen zu können.
  • Der Stoff muss eine sogenannte Leserichtung haben, das heißt der Stoff muss “zeigen”, wie die Erbinformationen codiert sind.
  • Mit dem Stoff muss man Informationen verschlüsseln können und zwar eindeutig.

Die DNA/DNS als Träger der Erbinformation – Testfragen/-aufgaben

1. Was bedeutet das Akronym DNA?

Die DNA steht für Desoxyribonukleinsäure, die ein Hauptbestandteil der Erbinformation in allen Lebewesen ist.

2. Wie ist die DNA aufgebaut?

Die DNA besteht aus zwei miteinander verdrillten Strängen, die eine sogenannte Doppelhelix formen. Jeder Strang ist aus DNA-Bausteinen, den Nukleotiden, mit den Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin aufgebaut.

3. Welche Hauptfunktion hat die DNA?

Die Hauptfunktion der DNA ist die Speicherung der genetischen Information, die zur Entwicklung und Funktion eines Organismus benötigt wird.

4. Wie werden die genetischen Informationen in der DNA kodiert?

Die genetischen Informationen sind in Form von Codes auf der DNA gespeichert. Dieser Code besteht aus Sequenzen von drei Basen, die als Tripletts bezeichnet werden, und entspricht bestimmten Aminosäuren.

5. Was ist ein Gen?

Ein Gen ist ein Abschnitt auf der DNA, der die Information für die Herstellung eines bestimmten Proteins oder einer Gruppe von Proteinen trägt.

6. Was ist eine Mutation und wie kann sie sich auf einen Organismus auswirken?

Eine Mutation ist eine dauerhafte Veränderung in der DNA-Sequenz. Mutationen können unterschiedliche Auswirkungen haben, von keinen spürbaren Effekten bis hin zur Auslösung von Krankheiten.

7. Was ist der Unterschied zwischen DNA und RNA?

Der Hauptunterschied zwischen DNA und RNA liegt in ihrer Funktion. Während DNA die genetische Information speichert, dient RNA als Übermittler dieser Information zur Eiweißsynthese in den Zellen.

8. Wo in der Zelle befindet sich die DNA?

Die meiste DNA eines Organismus befindet sich in Kern im Zellkern, doch eine kleine Menge findet sich auch in den Mitochondrien.

9. Was ist eine DNS-Replikation?

Die DNS-Replikation ist der Prozess, bei dem DNA kopiert wird, um genetisches Material an Zellen weiterzugeben, wenn sie sich teilen.

10. Wie beeinflussen die Gene in der DNA unser Aussehen?

Die Gene in der DNA enthalten die Informationen, die bestimmen, wie unser Körper gebaut wird und funktioniert, einschließlich unserer körperlichen Merkmale wie Haarfarbe, Hautfarbe und Augenfarbe. Dies wird als unser genetisches Erbgut bezeichnet.

Autor: , Letzte Aktualisierung: 22. Juni 2024