Die DNA-Doppelhelix ist die berühmteste molekulare Struktur in der Biologie. Als James Watson und Francis Crick, mit Hilfe von wesentlichen Informationen von Rosalind Franklin, diese Struktur im Jahr 1953 entdeckten, revolutionierte dies, wie Wissenschaftler und schließlich jeder über die Vererbung nachdachte.

DNA-Doppelhelix

Sie lieferte eine einfache Erklärung dafür, wie die DNA bei der Zellteilung vervielfältigt wird, wie sie von Generation zu Generation weitergegeben wird und wie ein so einfaches Molekül all die überwältigende Komplexität enthalten kann, die das Leben auf der Erde ausmacht. Sie gilt aus gutem Grund als eine der wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen.

Welche Form hat die DNA?

Die Doppelhelix der DNA hat, wie der Name schon sagt, die Form einer Helix, die im Wesentlichen eine dreidimensionale Spirale ist. Der Zusatz „Doppel“ kommt von der Tatsache, dass die Spirale aus zwei langen DNA-Strängen besteht, die miteinander verflochten sind - ähnlich wie eine gedrehte Leiter.

Jeder DNA-Strang (oder jede Seite der Leiter) ist ein langes, lineares Molekül, das aus einem Rückgrat aus Zucker und Phosphatgruppen besteht. Verbunden mit jedem Zucker ist eine stickstoffhaltige Base. Jede Sprosse zwischen den beiden DNA-Strängen wird durch Paare dieser stickstoffhaltigen Basen gebildet.

Es gibt vier Arten von Basen in der DNA, die häufig durch ihre Initialen abgekürzt werden: Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G). Wenn die Basenpaare interagieren, passen sie ganz spezifisch zusammen: A paart sich immer mit T und C paart sich immer mit G.

Diese Basen verbinden sich über eine sehr schwache chemische Bindung, die als Wasserstoffbrücken bezeichnet werden, zu Paaren. Das A-T-Basenpaar wird durch zwei Wasserstoffbrücken zusammengehalten. Das C-G-Paar wird durch drei Wasserstoffbrücken zusammengehalten.  

Die Doppelhelix und die DNA-Replikation

Die DNA-Replikation ist der biologische Prozess der Vervielfältigung der doppelsträngigen DNA-Helix, um zwei identische Repliken zu erhalten. Die Doppelhelix-Struktur ist der Schlüssel zum Prozess der DNA-Replikation und ist die Grundlage für das berühmteste Zitat aus dem Originalpapier von Watson und Crick, das die Doppelhelix zum ersten Mal beschreibt:

„Es ist uns nicht entgangen, dass die spezifische Paarung, die wir postuliert haben, sofort einen möglichen Verdoppelungsmechanismus für das Erbmaterial nahe legt.“

Es ist die spezifische Basenpaarung im zentralen Teil der DNA-Doppelhelix, die eine originalgetreue Vervielfältigung der DNA ermöglicht, jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt.

Der erste Schritt der DNA-Replikation ist das Abwickeln der DNA-Helix. DNA-Polymerasen, die Proteine, deren Aufgabe die Vervielfältigung der DNA ist, können die DNA abwickeln, weil die Wasserstoffbrücken zwischen den Paaren so schwach sind.  

Sobald die DNA-Stränge auseinander gezogen sind, baut die DNA-Polymerase aus jedem der getrennten Stränge einen neuen Strang auf. Dafür werden die übereinstimmenden Eigenschaften der Basen verwendet. Wenn es zum Beispiel ein T gibt, fügt die DNA-Polymerase dem gegenüberliegenden Strang ein A hinzu und so weiter. Das Endergebnis sind zwei identische Kopien der ursprünglichen DNA.