Nucleinsäuren

Die chemische Struktur der Erbanlagen

Anfang der Vierzigerjahre standen die Forscher vor einer paradoxen Situation. Sie konnten zwar die Lage der Erbanlagen (Gene) in den Chromosomen bestimmen, über ihre chemische Natur konnten jedoch nur Vermutungen geäußert werden. Es war bekannt, dass die Chromosomen aus einer nicht eiweißhaltigen (nicht proteinhaltigen) Komponente und aus Eiweißen (Proteinen) bestehen.

Auf der Basis von Versuchen, die FREDERICK GRIFFITH (1877-1941) an Pneumokokken (bakteriellen Erregern der Lungenentzündung) durchgeführt hatte, konnten OSWALD THEODORE AVERY (1877-1955) und seine Mitarbeiter zeigen, dass Desoxyribonucleinsäure (DNS oder engl. DNA) Träger der Erbinformation ist. GRIFFITH unterschied krank machende (virulente) Bakterienstämme mit Schleimkapsel (S-Stämme von engl. smooth = glatt) und nicht krank machende (nonvirulente) R-Stämme (von engl. rough = rau) ohne Schleimkapsel. Er zeigte, dass die Fähigkeit zur Ausbildung der Schleimkapsel von abgetöteten S-Stämmen auf die R-Stämme übertragen werden kann, wodurch diese plötzlich virulent waren.
AVERYs Verdienst bestand darin, diese Überträgersubstanz zu isolieren und mithilfe geeigneter Versuchsbedingungen als Desoxyribonucleinsäure (DNA oder DNS) zu identifizieren.

Die Erkenntnis, dass die DNA die Erbsubstanz sein musste, wurde 1952 durch die berühmt gewordenen Experimente von ALFRED DAY HERSHEY (1908-1997) und MARTHA CHASE (1927-2003) mit Bakteriophagen bestätigt.

Struktur der Nucleinsäuren

Die Struktur der Nucleinsäuren konnte erst 1953 aufgeklärt werden. Nucleinsäuren sind Makromoleküle, die aus den drei chemischen Grundbausteinen Zucker, Phosphorsäurereste und stickstoffhaltigen organischen Basen bestehen. Als Zucker kommen zwei Pentosen, das sind Zuckermoleküle mit fünf Kohlenstoffatomen, die Desoxyribose und die Ribose, infrage. Entsprechend werden die Nucleinsäuren als Desoxyribonucleinsäure (DNA) und Ribonucleinsäure (RNA oder RNS) bezeichnet. Als organische Basen findet man in der DNA

• Cytosin (C),
• Guanin (G),
• Thymin (T) und
• Adenin (A).

In der RNA ist die Base Thymin durch Uracil (U) ersetzt. Die Zuckermoleküle sind mit den Basen verknüpft, angelagert an das Zuckermolekül ist ein Phosphorsäurerest. Diese Einheit aus Zucker, Base und Phosphorsäurerest wird als Nucleotid bezeichnet und bildet den Grundbaustein der DNA. Jede DNA besteht aus einer Vielzahl solcher Nucleotide (Polynucleotide).