Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA

Die DNA ist das Molekül, in der die gesamte genetische Information des Menschen gespeichert bzw. kodiert ist. Beim Menschen ist die DNA in Form von 23 Chromosomenpaaren im Zellkern organisiert. Sie stellt die grundlegende Matrize (Vorlage) für die Replikation genetischer Informationen, die RNA-Transkription und die Proteinbiosynthese dar. Die DNA ist folglich die Basis all unserer Zellfunktionen und somit essentiell für das Überleben.

Aktualisiert: 18.04.2023

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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Die DNA-Struktur

Die DNA ist eine doppelsträngige Helix. Die DNA-Bestandteile sind die Nukleotide:

  • DNA-Aufbau:
    • In eukaryontischen Zellen befindet sich DNA im Zellkern und in den Mitochondrien:
      • Das Chromosom Chromosom Grundbegriffe der Genetik ist die kompakte Form der DNA.
      • Beim Menschen: 46 homologe Chromosomen (23 Paare)
      • Kodierende Abschnitte, die in Chromosomen enthalten sind, werden als Gene bezeichnet
    • Bei Prokaryonten liegt die DNA als Plasmid oder Chromosom Chromosom Grundbegriffe der Genetik im Zytoplasma vor.
  • DNA-Struktur:
    • 2 antiparallele Stränge (entgegengesetzte Polarität) bilden eine Doppelhelix: 10,5 Basenpaare pro Helixwindung
    • Negativ geladenes Zucker-Phosphat-Rückgrat
    • Zusammenhalt der komplementären Stränge durch folgende Kräfte:
      • Wasserstoffbrücken
      • Van-der-Waals-Kräfte
      • Hydrophobe Wechselwirkungen
    • Freie 5′-3′-Kohlenstoff-Enden an jedem Strang
    • Von James Watson und Francis Crick beschrieben (erhielten 1962 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin)
    • Die Arbeit von Rosalind Franklin mittels Röntgen-Kristallografie war essenziell zur Entdeckung der DNA-Struktur.
  • Nukleotide sind die DNA-Bestandteile:
    • Nukleotide der DNA (Desoxyribonukleotide):
      • Desoxyadenosintriphosphat (dATP)
      • Desoxyguanosintriphosphat (dGTP)
      • Desoxycytidintriphosphat (dCTP)
      • Desoxythymidintriphosphat (dTTP)
    • Nukleotide sind über 3’–5′-Phosphodiesterbindungen verbunden:

DNA-Struktur im Zellkern

  • Im Zellkern wird die DNA durch Nukleinproteine zu Chromosomen kondensiert.
  • Reihenfolge der DNA-Kondensation: doppelsträngige DNA (dsDNA) → Nukleosomen → Solenoidstrang → Chromatinschleifen → Chromosomen
    • Negativ geladene dsDNA wird um positiv geladene Histonoctamere gewickelt, um Nukleosomen zu bilden.
    • Histone unterliegen Veränderungen, die die Erreichbarkeit der DNA und damit die Transkription (TX) beeinflussen:
      • Acetylierung (erhöht TX)
      • Methylierung (erhöht oder verringert TX, Epigenetik → erblich)
      • Phosphorylierung (erhöht oder verringert TX)
      • Ubiquitylierung
      • ADP-Ribosylierung
  • Formen von Chromatin:
    • Euchromatin (nicht kondensierte Form): transkriptionell aktiv
    • Heterochromatin (kondensierte Form): transkriptionell inaktiv
DNA-Verpackung und die zwei Zustände von Chromatin

DNA-Struktur und die 2 Formen des Chromatins:
Euchromatin (aktiv), wobei DNA repliziert oder transkribiert wird, und Heterochromatin (inaktiv), wobei DNA nicht repliziert oder transkribiert wird.

Bild: „The basic unit of chromatin organization is the nucleosome, which comprises 147 bp of DNA wrapped ar von Sha, K. and Boyer, L. A. Lizenz: CC BY 3.0

Mitochondriale DNA

  • Mitochondriale DNA (mtDNA) macht 1 % der zellulären DNA aus.
  • Nur von der Mutter vererbt (nicht nach Mendelschen Regeln)
  • Eigenschaften der menschlichen mtDNA:
    • Rund, doppelsträngig, bestehend aus schweren (H) und leichten (L) Strängen
    • Enthält 16.569 Basenpaare
    • Kodiert für ribosomale RNAs, tRNAs und Proteinuntereinheiten, die für die oxidative Phosphorylierung (ATP-Produktion) notwendig sind
    • Hohe Mutationsrate (5–10 mal höher als die der nukleären DNA)
  • Das Vorhandensein von mtDNA führte zur Endosymbiontentheorie:
    • In der Vergangenheit waren Mitochondrien vermutlich selbstständig lebensfähige Bakterien.
    • Aufnahme durch eukaryontische Zelle, Verlust eines Teils der DNA und Entwicklung zu einem Zellorganell von Eukaryonten
    • mtDNA ist zirkulär
    • Vermehrung durch Zweiteilung, keine Neubildung

Klinische Relevanz

  • Mitochondriale Myopathien Mitochondriale Myopathien Mitochondriale Myopathien: verursacht durch mitochondriale Erkrankungen, bei denen in der Biopsie Ragged-Red-Fibers (unscharf begrenzte, zusammengeklumpte Mitochondrien) gesehen werden. Die Myopathie ähnelt einer Akkumulation von Glykogen und neutralen Lipiden, die mit einer erhöhten Empfindlichkeit für die Succinatdehydrogenase und einer verminderten Empfindlichkeit für die Cytochrom-c-Oxidase korreliert sein kann. Sowohl mitochondriale als auch nukleäre DNA-Mutationen liegen der mitochondrialen Myopathie zugrunde.
  • Genetische Mutationen: Fehler in der DNA, die manchmal eine pathologische Proteinfunktion bedingen. Es gibt verschiedene Arten von Mutationen, einschließlich Chromosomen-, Punkt-, Frameshift- (Leserasterverschiebung) und Trinukleotid-Repeat-Mutationen. Punktmutationen umfassen Missense-, Nonsense- und stumme Mutationen.

Quellen

  1. Weil, P. A. (2018). Nucleic acid structure & function. In Rodwell, V. W., et al. (Eds.), Harper’s illustrated biochemistry, 31e (). New York, NY: McGraw-Hill Education. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1160190679
  2. Weil, P. A. (2018). DNA organization, replication, & repair. In Rodwell, V. W., et al. (Eds.), Harper’s illustrated biochemistry, 31e (). New York, NY: McGraw-Hill Education. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1160190821
  3. Yu-Wai-Man, P., & Chinnery, P. F. (1993). Leber hereditary optic neuropathy. In Adam, M. P., et al. (Eds.), GeneReviews® (). Seattle (WA): University of Washington, Seattle. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1174/
  4. Ulrich Helmich (2022). Die Organisation der DNA. https://www.u-helmich.de/bio/gen/reihe2/21/karte213.html. (Zugriff am 05. April 2022).

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eLearning Award 2023

Lecturio und die Exporo-Gruppe wurden für ihre digitale Compliance-Akademie mit dem eLearning Award 2023 ausgezeichnet.

eLearning Award 2019

Lecturio und die TÜV SÜD Akademie erhielten für den gemeinsam entwickelten Online-Kurs zur Vorbereitung auf den
Drohnenführerschein den eLearning Award 2019 in der Kategorie “Videotraining”.

Comenius-Award 2019

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Die Lecturio Business Flat erhielt 2019 das Comenius-EduMedia-Siegel, mit dem die Gesellschaft für Pädagogik, Information und Medien jährlich pädagogisch,  inhaltlich und gestalterisch
herausragende didaktische Multimediaprodukte auszeichnet.

IELA-Award 2022

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In der Kategorie “Lehr- und Lernmanagementsysteme” erhielt die Lecturio Learning Cloud die Comenius-EduMedia-Medaille. Verliehen wird der Preis von der Gesellschaft für Pädagogik, Information und Medien für pädagogisch, inhaltlich und gestalterisch herausragende Bildungsmedien.

B2B Award 2020/2021

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B2B Award 2022

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Simon Veiser

Simon Veiser beschäftigt sich seit 2010 nicht nur theoretisch mit IT Service Management und ITIL, sondern auch als leidenschaftlicher Berater und Trainer. In unterschiedlichsten Projekten definierte, implementierte und optimierte er erfolgreiche IT Service Management Systeme. Dabei unterstützte er das organisatorische Change Management als zentralen Erfolgsfaktor in IT-Projekten. Simon Veiser ist ausgebildeter Trainer (CompTIA CTT+) und absolvierte die Zertifizierungen zum ITIL v3 Expert und ITIL 4 Managing Professional.

Dr. Frank Stummer

Dr. Frank Stummer ist Gründer und CEO der Digital Forensics GmbH und seit vielen Jahren insbesondere im Bereich der forensischen Netzwerkverkehrsanalyse tätig. Er ist Mitgründer mehrerer Unternehmen im Hochtechnologiebereich, u.a. der ipoque GmbH und der Adyton Systems AG, die beide von einem Konzern akquiriert wurden, sowie der Rhebo GmbH, einem Unternehmen für IT-Sicherheit und Netzwerküberwachung im Bereich Industrie 4.0 und IoT. Zuvor arbeitete er als Unternehmensberater für internationale Großkonzerne. Frank Stummer studierte Betriebswirtschaft an der TU Bergakademie Freiberg und promovierte am Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe.

Sobair Barak

Sobair Barak hat einen Masterabschluss in Wirtschaftsingenieurwesen absolviert und hat sich anschließend an der Harvard Business School weitergebildet. Heute ist er in einer Management-Position tätig und hat bereits diverse berufliche Auszeichnungen erhalten. Es ist seine persönliche Mission, in seinen Kursen besonders praxisrelevantes Wissen zu vermitteln, welches im täglichen Arbeits- und Geschäftsalltag von Nutzen ist.

Wolfgang A. Erharter

Wolfgang A. Erharter ist Managementtrainer, Organisationsberater, Musiker und Buchautor. Er begleitet seit über 15 Jahren Unternehmen, Führungskräfte und Start-ups. Daneben hält er Vorträge auf Kongressen und Vorlesungen in MBA-Programmen. 2012 ist sein Buch „Kreativität gibt es nicht“ erschienen, in dem er mit gängigen Mythen aufräumt und seine „Logik des Schaffens“ darlegt. Seine Vorträge gestaltet er musikalisch mit seiner Geige.

Holger Wöltje

Holger Wöltje ist Diplom-Ingenieur (BA) für Informationstechnik und mehrfacher Bestseller-Autor. Seit 1996 hat er über 15.800 Anwendern in Seminaren und Work-shops geholfen, die moderne Technik produktiver einzusetzen. Seit 2001 ist Holger Wöltje selbstständiger Berater und Vortragsredner. Er unterstützt die Mitarbeiter von mittelständischen Firmen und Fortune-Global-500- sowie DAX-30-Unternehmen dabei, ihren Arbeitsstil zu optimieren und zeigt Outlook-, OneNote- und SharePoint-Nutzern, wie sie ihre Termine, Aufgaben und E-Mails in den Griff bekommen, alle wichtigen Infos immer elektronisch parat haben, im Team effektiv zusammenarbeiten, mit moderner Technik produktiver arbeiten und mehr Zeit für das Wesentliche gewinnen.

Frank Eilers

Frank Eilers ist Keynote Speaker zu den Zukunftsthemen Digitale Transformation, Künstliche Intelligenz und die Zukunft der Arbeit. Er betreibt seit mehreren Jahren den Podcast „Arbeitsphilosophen“ und übersetzt komplexe Zukunftsthemen für ein breites Publikum. Als ehemaliger Stand-up Comedian bringt Eilers eine ordentliche Portion Humor und Lockerheit mit. 2017 wurde er für seine Arbeit mit dem Coaching Award ausgezeichnet.

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Yasmin Kardi ist zertifizierter Scrum Master, Product Owner und Agile Coach und berät neben ihrer Rolle als Product Owner Teams und das höhere Management zu den Themen agile Methoden, Design Thinking, OKR, Scrum, hybrides Projektmanagement und Change Management.. Zu ihrer Kernkompetenz gehört es u.a. internationale Projekte auszusteuern, die sich vor allem auf Produkt-, Business Model Innovation und dem Aufbau von Sales-Strategien fokussieren.

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Leon Chaudhari ist ein gefragter Marketingexperte, Inhaber mehrerer Unternehmen im Kreativ- und E-Learning-Bereich und Trainer für Marketingagenturen, KMUs und Personal Brands. Er unterstützt seine Kunden vor allem in den Bereichen digitales Marketing, Unternehmensgründung, Kundenakquise, Automatisierung und Chat Bot Programmierung. Seit nun bereits sechs Jahren unterrichtet er online und gründete im Jahr 2017 die „MyTeachingHero“ Akademie.

Andreas Ellenberger

Als akkreditierter Trainer für PRINCE2® und weitere international anerkannte Methoden im Projekt- und Portfoliomanagement gibt Andreas Ellenberger seit Jahren sein Methodenwissen mit viel Bezug zur praktischen Umsetzung weiter. In seinen Präsenztrainings geht er konkret auf die Situation der Teilnehmer ein und erarbeitet gemeinsam Lösungsansätze für die eigene Praxis auf Basis der Theorie, um Nachhaltigkeit zu erreichen. Da ihm dies am Herzen liegt, steht er für Telefoncoachings und Prüfungen einzelner Unterlagen bzgl. der Anwendung gern zur Verfügung.

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Zach Davis ist studierter Betriebswirt und Experte für Zeitintelligenz und Zukunftsfähigkeit. Als Unternehmens-Coach hat er einen tiefen Einblick in über 80 verschiedene Branchen erhalten. Er wurde 2011 als Vortragsredner des Jahres ausgezeichnet und ist bis heute als Speaker gefragt. Außerdem ist Zach Davis Autor von acht Büchern und Gründer des Trainingsinstituts Peoplebuilding.

Wladislav Jachtchenko

Wladislaw Jachtchenko ist mehrfach ausgezeichneter Experte, TOP-Speaker in Europa und gefragter Business Coach. Er hält Vorträge, trainiert und coacht seit 2007 Politiker, Führungskräfte und Mitarbeiter namhafter Unternehmen wie Allianz, BMW, Pro7, Westwing, 3M und viele andere – sowohl offline in Präsenztrainings als auch online in seiner Argumentorik Online-Akademie mit bereits über 52.000 Teilnehmern. Er vermittelt seinen Kunden nicht nur Tools professioneller Rhetorik, sondern auch effektive Überzeugungstechniken, Methoden für erfolgreiches Verhandeln, professionelles Konfliktmanagement und Techniken für effektives Leadership.

Alexander Plath

Alexander Plath ist seit über 30 Jahren im Verkauf und Vertrieb aktiv und hat in dieser Zeit alle Stationen vom Verkäufer bis zum Direktor Vertrieb Ausland und Mediensprecher eines multinationalen Unternehmens durchlaufen. Seit mehr als 20 Jahren coacht er Führungskräfte und Verkäufer*innen und ist ein gefragter Trainer und Referent im In- und Ausland, der vor allem mit hoher Praxisnähe, Humor und Begeisterung überzeugt.

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