Von der einzelnen Zelle eines Bakteriums bis zu den Billionen Zellen im Menschen – Zellen, die oft als „Bausteine des Lebens“ bezeichnet werden, formen die Grundlage aller Lebewesen. Jede dieser Zellen ist eine diskrete Struktur, die von einer Zellmembran umgeben und mit einer zähflüssigen Lösung gefüllt ist, die Cytoplasma genannt wird. In menschlichen Zellen kommt die meiste DNA in einem Bereich der Zelle vor, der als Zellkern bezeichnet wird. Sie ist als nukleare DNA bekannt. 

Neben der nuklearen DNA befindet sich auch eine geringe Menge an DNA beim Menschen und anderen komplexen Organismen in den Mitochondrien. Das ist die mitochondriale DNA (mtDNA). Die meisten Pflanzen enthalten DNA-Sequenzen in ihren Chloroplasten, die Chloroplasten-DNA (cpDNA) genannt wird. Die komplette DNA-Sequenz ist als Genom bekannt. 

Wo befindet sich DNA in einer eukaryotischen Zelle? 

Zellen können grob in zwei verschiedene Arten unterteilt werden: Zellen, die in Prokaryoten vorkommen (prokaryotische Zellen), und Zellen, die in Eukaryoten vorkommen (eukaryotische Zellen). Prokaryoten sind in der Regel einzellig und haben keinen membrangebundenen Kern oder andere membranumhüllte Strukturen, so genannte Organellen. Dazu gehören zwei gesonderte Gruppen: Bakterien und Archaeen.

Eukaryoten können einzellig oder mehrzellig sein. Im Gegensatz zu prokaryotischen Zellen haben eukaryotische Zellen einen Kern und andere Organellen. Eukaryoten umfassen eine breite Palette von Organismen, von Pilzen bis zu Pflanzen und Tieren.

In prokaryotischen Zellen befindet sich die DNA überwiegend in einem zentralen Teil der Zelle, dem Nukleoid oder Kernäquivalent, das nicht in einer Kernmembran eingeschlossen ist. Der größte Teil der Erbinformationen in den meisten Prokaryoten hat die Form eines einzelnen zirkulären DNA-Moleküls oder Chromosoms.

Darüber hinaus enthalten viele Prokaryoten auch kleine ringförmige DNA-Moleküle, die Plasmide genannt werden. Diese unterscheiden sich von der chromosomalen DNA und können in bestimmten Umgebungen gewisse Vorteile, wie eine Antibiotika-Resistenz, bieten.

In eukaryotischen Zellen befindet sich die meiste DNA im Zellkern (obwohl einige DNA auch in anderen Organellen enthalten ist, wie in den Mitochondrien und dem Chloroplast bei Pflanzen). Die nukleare DNA ist in lineare Moleküle organisiert, die Chromosomen genannt werden.

Die Größe und Anzahl der Chromosomen variiert erheblich zwischen den Arten. Die Fruchtfliege (Drosophila) hat beispielsweise 4 Chromosomen, während eine Kröte (Xenopus laevis) 18 Chromosomen hat. Beim Menschen haben die meisten Zellen typischerweise 46 Chromosomen oder 23 Chromosomenpaare. Ausnahmen davon sind unter anderem ausgereifte rote Blutkörperchen, die keine DNA enthalten, und Spermien sowie Eizellen, die 23 nicht gepaarte Chromosomen enthalten.

Chromosomen bestehen aus einem einzigen DNA-Molekül, das um ein kleines, spulenähnliches Protein gewunden ist, das Histon genannt wird. Die Wicklung der DNA um ein Histon herum ist wichtig, da sonst die meisten DNA-Moleküle nicht in die Zellen passen würden.

Beim Menschen würde die Gesamtlänge der DNA einer einzigen Zelle, wenn man die DNA-Moleküle vollständig abwickeln und ausstrecken würde, etwa zwei Meter lang sein. Diese große Menge an DNA muss in den Kern der Zelle passen, der nur einen Durchmesser von fünf bis zehn Mikrometer hat. Damit lässt sich das Verpacken der gesamten DNA in eine menschliche Zelle mit dem Verpacken von rund 40 km sehr dünnem Faden in einen Tennisball vergleichen! 

Was ist die Funktion der DNA in einer Zelle?

Die wichtigste Funktion der DNA in einer Zelle ist die Speicherung von Erbinformation, die ein Organismus zur Entwicklung, Funktion und Reproduktion benötigt. Die in der DNA kodierten Informationen können von einer Generation zur nächsten weitergegeben werden und dienen als biologische Gebrauchsanweisung, die jeden Organismus einzigartig macht. 

Um die Anweisungen der DNA zu befolgen, muss eine Zelle zunächst ein Gen in eine Art RNA-Molekül vervielfältigen, das auch Boten-RNA (mRNA) genannt wird. Dieser Vorgang ist als Transkription bekannt. In vielen Fällen müssen die in der DNA enthaltenen Informationen in ein Protein translatiert werden, um die Anweisungen auszuführen, da Proteine den Großteil der Arbeit in Zellen übernehmen und für eine Vielzahl kritischer Funktionen verantwortlich sind.