Die Struktur der DNA


Wie die Struktur der DNA enträtselt wurde


Die Erforschung der DNA (engl. deoxyribonucleic acid, bzw. Desoxyribonukleinsäure) begann im Jahre 1869: der Schweizer Pathologe Friedrich Miescher entdeckte in einem Extrakt aus Eiter eine aus den Zellkernen weißer Blutkörperchen kommende Substanz. Er nannte die Substanz „Nuklein“, abgeleitet vom lateinischen Wort Nukleus für Kern.
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Zu Beginn des letzten Jahrhunderts waren dann auch die Grundbausteine der DNA bekannt: die Nukleinsäure besteht zu je gleichen Teilen aus dem Zucker Desoxyribose, aus Phosphat und aus vier so genannten Basen: Adenin (A), Guanin (G), Thymin (T) und Cytosin (C). Als der österreichisch-amerikanische Biochemiker Erwin Chargaff im Jahr 1950 die Zusammensetzung der DNA untersuchte, erkannte er: Die Menge von T ist immer gleich der Menge von A und die Menge von C immer gleich der von G.

1943 entdeckte der kanadische Mediziner Oswald Avery und seine Arbeitsgruppe, dass Pneumokokken (die Erreger der Lungenentzündung) von der nicht krankheitserregenden R-Form in die krankheitserregende S-Form übergehen, wenn man DNA von der S-Form auf die R-Form überträgt: Die DNA musste also der Träger der Erbinformation sein.

In den frühen fünfziger Jahren des letzten Jahrhunderts untersuchten Rosalind Franklin und Maurice Wilkins kristallisierte DNA mit Röntgenstrahlen. Bei dieser Methode werden Röntgenstrahlen von den Molekülen der DNA abgelenkt oder gebeugt (Röntgenbeugungsanalyse). Die abgelenkten Strahlen erzeugen, ähnlich wie bei einer Fotografie, schwarze Flecken auf einem Film. Diese Punkte liefern wichtige Informationen darüber, wie die DNA aussehen könnte: Der Winkel, mit dem die Strahlen abgelenkt werden, gibt Hinweise darauf, wie die Atome positioniert sind.

Rosalind Franklin schloss aus ihren Aufnahmen, dass die DNA aus zwei Strängen besteht, die wie eine Spirale gewunden sind. Sie folgerte außerdem, dass die gut wasserlöslichen Phosphatreste nach außen zeigen und die schlecht wasserlöslichen Basen im Inneren der DNA liegen müssten. Denn nur so sei der insgesamt gut wasserlösliche Charakter der DNA zu erklären.
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1953 sahen zwei junge Forscher – James Watson und Fancis Crick – die Röntgenstruktur-Aufnahmen von Rosalind Franklin. Sie beschlossen, die Struktur der DNA mithilfe von Pappstücken und Modellbausteinen auszutüfteln. Als sie diese hin- und herschoben, wurde ihnen plötzlich klar, wie die Bausteine miteinander verbunden sein müssten, damit alle Informationen aus den Röntgenstruktur-Bildern zusammenpassten:

Die Struktur der DNA gleicht einer spiralförmigen, in sich verdrehten Strickleiter! Die Stricke bestehen aus einer Kette, in der immer abwechselnd Zucker und eine Phosphorsäure angeordnet sind. Die Sprossen der spiralförmigen Leiter bestehen aus den vier Basen A, T, C und G.

Für die Aufklärung der DNA-Struktur erhielten Wilkins, Watson und Crick 1962 den Nobelpreis für Medizin. Rosalind Franklin war zu diesem Zeitpunkt schon verstorben, und Nobelpreise werden nicht posthum verliehen.