DNA

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 17. Mai 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

Sie sind hier: Startseite Anatomie DNA

Die DNA gilt als der Heilige Gral der Genetik und Evolutionsbiologie gleichermaßen. Ohne DNA als Träger der Erbinformationen ist komplexes Leben auf diesem Planeten undenkbar.

Was ist die DNA?

Der Schlüssel zum Verständnis der molekularen DNA-Genetik liegt in den konjugierten Basenpaaren Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Diese sind mit der DNA in genau festgelegter Abfolge verbunden, ähnlich wie ein verschlüsselter Code.
© macrovector – stock.adobe.com

DNA ist die Abkürzung für „Deoxyribonucleic acid“, zu deutsch Desoxyribonukleinsäure (DNS). Für Biochemiker ist mit dieser Bezeichnung bereits das Wichtigste zu ihrem Aufbau gesagt, doch im Normalfall bedarf es einiger erklärender Worte.

Die DNA ist ein komplexes Molekül, das sich aus zwei beinahe identischen Einzelsträngen aufbaut, wobei sich in genau diesem „beinahe“ der Ursprung genetischer Vielfalt versteckt. Jeder Strang besteht aus einer stabilen Desoxyribose-Phosphorsäure-Kette, an die angereiht verschiedene organische Basen geheftet sind. Beide Stränge sind zu einer Doppelhelix verschlungen und bilden so die DNA.

Doch damit nicht genug: extrem lange DNA-Fäden organisieren sich zu einem großen Gesamtkomplex, den Chromosomen, von denen der Mensch 23 Paare in den Kernen aller Körperzellen besitzt. Diese Chromosomen enthalten in der DNA verschlüsselt sämtliche Erbinformationen (Gene), die ein jedes Lebewesen zu einem Individuum machen.

Medizinische & gesundheitliche Funktionen, Aufgaben & Bedeutungen

Jede Zelle erfüllt im Organismus einen konkreten Zweck. Worin dieser besteht, können Ribosomen von der im Zellkern befindlichen DNA ablesen. Doch wie genau funktioniert dieser fundamentale Zellbaukasten?

Der Schlüssel zum Verständnis der molekularen DNA-Genetik liegt in den konjugierten Basenpaaren Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Diese sind mit der DNA in genau festgelegter Abfolge verbunden, ähnlich wie ein verschlüsselter Code. Die DNA wird in ähnliche mRNA umgewandelt, sodass sie von einem Ribosom durchlaufen werden kann. Dieses nimmt den Code auf, der dem Ribosom die Abfolge von Aminosäuren liefert.

Das Ribosom produziert die entsprechenden Aminosäuren und formt daraus charakteristische Proteine, die letzten Endes die Zellfunktionalität ermöglichen. So werden aus der abstrakten DNA handfeste Zellbausteine. Jede menschliche Zelle kann nur eine begrenzte Zeit überleben, sodass sich Zellen und mit ihnen die DNA vermehren müssen. Dies geschieht ähnlich wie bei Bakterien mittels Zellteilung. Die DNA wird hierbei von Helikase in ihre Einzelstränge aufgespalten. Dieses Enzym nutzt nach der Trennung beide Stränge als separate Matrizen und bildet jeweils den fehlenden Gegenstrang neu, sodass zwei identische DNA-Molekülketten entstehen.

Wie unvorstellbar riesig die DNA-Informationsdichte ist, zeigen die beiden folgenden Hochrechnungen: Ein einziger Gramm DNA besitzt eine Datenmenge von 700 Terabyte. Um alle Menschen der Erde nachzubauen, muss ein Teelöffel gerade einmal zu 0,3% mit DNA gefüllt sein. Und wollte man die gesamte DNA eines einzigen Menschen aneinanderreihen, so müsste man 500-mal zur Sonne und zurück reisen.

Krankheiten, Beschwerden & Störungen

Die DNA ist über die Jahre den vielfältigsten Störeinflüssen ausgesetzt. Diese reichen von der Einnahme zellverändernder Stoffe wie verbranntem Fleisch oder Tabakkonsum über extreme Wärme bis hin zu UV-Strahlung. Nicht zuletzt können DNA-Veränderungen auch durch fehlerhafte Stoffwechselvorgänge auftreten.

Damit die wertvollen Informationen dennoch ein Zellleben lang erhalten bleiben, existieren verschiedene biochemische Reparatur- und Aussortierungsmechanismen. Doch hin und wieder, vor allem mit zunehmendem Alter, kann die Zellregeneration fehlschlagen und die DNA verändert werden. Einzelne Basen können vertauscht oder entfernt werden, ganze Bereiche unlesbar, der Strang halbiert sein, kurzum: der genetische Code ist nun falsch. Sollte die Zelle noch zur Teilung in der Lage sein, kann eine defekte Zelle im Laufe der Zeit zu einer ganzen Ansammlung kranker Zellen führen.

Sind solche DNA-Mutationen im Sinne der Evolutionstheorie noch ausdrücklich erwünscht, bedeuten sie für den konkreten Patienten zumeist die Diagnose Krebs in all seinen Facetten. Doch auch Sichelzellenanämie, Albinismus, Mukoviszidose oder die Bluterkrankheit können neben Vererbung durch DNA-Mutationen entstehen. Eine besonders raffinierte Lebensform, die sich fremde DNA zunutze macht, stellen bestimmte Arten von Viren dar.

Sie können sich nicht selbstständig vermehren und schleusen sich zu diesem Zweck in fremde Zellen ein. In diesen ersetzen sie die DNA mit ihrer eigenen und werden so von der Wirtszelle in pathogener Form reproduziert. Gefährliche Virenerkrankungen bis hin zum Tod können die Folge sein.

4

10 Dinge, die Sie über die DNA wissen sollten

1. Was ist DNA und warum ist sie wichtig?

DNA (Desoxyribonukleinsäure) ist das Molekül, das die genetischen Informationen eines Organismus enthält. Diese Informationen sind in Form von Genen organisiert, die bestimmen, wie unser Körper funktioniert, aussieht und sich entwickelt.

2. Wie ist die DNA aufgebaut?

DNA besteht aus zwei Strängen, die sich zu einer Doppelhelix winden. Jeder Strang besteht aus einer Kette von Nukleotiden, die aus einem Zucker, einem Phosphat und einer der vier Basen (Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin) bestehen. Die Basenpaare (A-T und G-C) verbinden die beiden Stränge.

3. Wie beeinflusst DNA die Gesundheit?

Gene, die Abschnitte der DNA, codieren für Proteine, die alle biologischen Prozesse im Körper steuern. Mutationen oder Veränderungen in den Genen können zu Fehlfunktionen der Proteine führen, was Krankheiten wie Krebs, Diabetes und genetische Störungen verursachen kann.

4. Was sind genetische Mutationen?

Genetische Mutationen sind Veränderungen in der DNA-Sequenz. Sie können spontan auftreten oder durch Umweltfaktoren wie UV-Strahlung oder Chemikalien verursacht werden. Manche Mutationen sind harmlos, andere können Krankheiten verursachen.

5. Wie wird DNA vererbt?

Jeder Mensch erbt die Hälfte seiner DNA von der Mutter und die andere Hälfte vom Vater. Dies bedeutet, dass Gene von beiden Elternteilen weitergegeben werden, was die genetische Vielfalt erhöht und zur Gesundheit und Anpassungsfähigkeit der Spezies beiträgt.

6. Was ist Epigenetik und wie beeinflusst sie die DNA?

Epigenetik befasst sich mit Veränderungen der Genfunktion, die nicht durch Änderungen der DNA-Sequenz verursacht werden. Faktoren wie Ernährung, Stress und Umweltgifte können epigenetische Modifikationen hervorrufen, die die Genexpression beeinflussen und somit die Gesundheit und Krankheit beeinflussen können.

7. Wie können Gentests die Gesundheit beeinflussen?

Gentests können genetische Prädispositionen für bestimmte Krankheiten aufdecken. Dies ermöglicht frühzeitige Vorsorge- und Präventionsmaßnahmen. Beispielsweise kann das Wissen um ein erhöhtes Brustkrebsrisiko zu regelmäßigen Vorsorgeuntersuchungen und präventiven Maßnahmen führen.

8. Welche Rolle spielt die DNA in der personalisierten Medizin?

Die personalisierte Medizin nutzt genetische Informationen, um individuelle Behandlungspläne zu erstellen. Dies kann die Wirksamkeit von Therapien erhöhen und Nebenwirkungen reduzieren, indem Medikamente und Dosierungen auf die genetischen Profile der Patienten abgestimmt werden.

9. Was sind DNA-Reparaturmechanismen?

Der Körper verfügt über natürliche DNA-Reparaturmechanismen, die Schäden an der DNA erkennen und reparieren. Diese Mechanismen sind entscheidend, um Mutationen zu verhindern und die Integrität des genetischen Materials zu wahren. Fehler in diesen Mechanismen können zu Krebs und anderen Krankheiten führen.

10. Kann man seine DNA verändern?

Aktuell können wir die DNA gezielt mit Methoden wie CRISPR-Cas9 verändern. Diese Technik erlaubt es, bestimmte Gene zu schneiden und zu modifizieren, was Potenzial für die Behandlung genetischer Erkrankungen bietet. Dennoch sind die ethischen und sicherheitstechnischen Implikationen noch Gegenstand intensiver Forschung und Debatte.

Die menschliche DNA ist also das grundlegende Bauwerk des Lebens und beeinflusst zahlreiche Aspekte unserer Gesundheit und unseres Wohlbefindens.

7 Tipps für gesunde Gene

Gesunde Gene und DNA sind entscheidend für die allgemeine Gesundheit und das Wohlbefinden. Hier sind sieben Tipps, um die Gesundheit der DNA zu fördern:

Gesunde Ernährung: Eine ausgewogene Ernährung, reich an Obst, Gemüse, Vollkornprodukten und magerem Eiweiß, versorgt den Körper mit wichtigen Nährstoffen wie Vitaminen und Antioxidantien. Diese Nährstoffe helfen, DNA-Schäden zu reparieren und zu verhindern.

Regelmäßige Bewegung: Körperliche Aktivität trägt zur Aufrechterhaltung eines gesunden Gewichts bei, verbessert die Durchblutung und fördert die Zellreparaturprozesse. Mindestens 150 Minuten moderate Bewegung pro Woche sind ideal.

Vermeidung von Rauchen: Rauchen setzt den Körper schädlichen Chemikalien aus, die DNA-Schäden verursachen können. Der Verzicht auf Tabakprodukte reduziert das Risiko genetischer Mutationen und Krebs.

Alkoholkonsum in Maßen: Übermäßiger Alkoholkonsum kann DNA-Schäden verursachen und das Krebsrisiko erhöhen. Ein moderater Konsum, wie ein Glas Wein pro Tag, kann das Risiko minimieren.

Stressbewältigung: Chronischer Stress kann die DNA durch oxidative Schäden beeinträchtigen. Entspannungstechniken wie Meditation, Yoga und tiefes Atmen helfen, den Stresspegel zu senken.

Genügend Schlaf: Ausreichender und qualitativ guter Schlaf unterstützt die DNA-Reparaturmechanismen im Körper. Erwachsene sollten etwa 7-9 Stunden Schlaf pro Nacht anstreben.

Sonnenschutz: Übermäßige Sonneneinstrahlung kann zu DNA-Schäden führen. Verwenden Sie Sonnenschutzmittel, tragen Sie Schutzkleidung und vermeiden Sie die direkte Sonne während der intensivsten Stunden, um das Risiko von Hautkrebs zu reduzieren.

Epigenetik: Die Macht der Genregulation

Die Epigenetik ist ein faszinierendes Gebiet der Genforschung, das untersucht, wie Umweltfaktoren und Lebensstilentscheidungen die Genaktivität beeinflussen, ohne die DNA-Sequenz selbst zu verändern. Epigenetische Veränderungen können tiefgreifende Auswirkungen auf die Gesundheit haben, da sie die Art und Weise steuern, wie Gene ein- und ausgeschaltet werden.

Was ist Epigenetik?

Epigenetik bezieht sich auf chemische Modifikationen an der DNA und den Histonproteinen, um die DNA gewickelt ist. Diese Modifikationen beinhalten Methylgruppen, die an die DNA angehängt werden, und Acetylgruppen, die an Histone binden. Diese Anhaftungen können Gene entweder aktivieren oder deaktivieren, wodurch bestimmte Proteine mehr oder weniger produziert werden.

Einfluss von Ernährung und Lebensstil

Ernährung spielt eine entscheidende Rolle in der Epigenetik. Zum Beispiel können bestimmte Nährstoffe wie Folat, B-Vitamine und Polyphenole aus grünem Tee und Brokkoli epigenetische Modifikationen fördern, die mit der Krebsprävention in Verbindung stehen. Ebenso kann eine kalorienarme Diät positive epigenetische Effekte haben, indem sie die Lebensdauer verlängert und altersbedingte Krankheiten reduziert.

Epigenetik und Krankheit

Epigenetische Veränderungen sind mit zahlreichen Krankheiten verknüpft, einschließlich Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und neurologischen Störungen. Zum Beispiel können abnormale Methylierungsmuster zur Inaktivierung von Tumorsuppressorgenen und zur Aktivierung von Onkogenen führen, was das Krebsrisiko erhöht. Forschungen haben auch gezeigt, dass epigenetische Mechanismen eine Rolle bei [[Alzheimer] und anderen neurodegenerativen Krankheiten spielen, indem sie die Expression von Genen beeinflussen, die an Entzündungen und neuronaler Degeneration beteiligt sind.

Vererbbarkeit epigenetischer Veränderungen

Interessanterweise können epigenetische Veränderungen vererbt werden. Studien an Tieren und Menschen haben gezeigt, dass die Umweltbedingungen, denen Eltern ausgesetzt sind, wie Ernährung und Stress, die Genexpression in ihren Nachkommen beeinflussen können. Dies hat wichtige Implikationen für die Prävention von Krankheiten über Generationen hinweg, da die Lebensstilentscheidungen einer Generation die Gesundheit der nächsten beeinflussen können.

Epigenetische Therapien

Die Erkenntnisse der Epigenetik eröffnen neue Wege für therapeutische Ansätze. Epigenetische Therapien zielen darauf ab, die chemischen Markierungen an der DNA zu verändern, um krankheitsverursachende Gene zu deaktivieren oder schützende Gene zu aktivieren. Medikamente wie DNA-Methyltransferase-Inhibitoren und Histon-Deacetylase-Inhibitoren werden bereits in der Behandlung bestimmter Krebsarten eingesetzt.

Schlussfolgerung

Die Epigenetik zeigt, dass unsere Gene nicht unser Schicksal sind. Durch bewusste Entscheidungen in Bezug auf Ernährung, Lebensstil und Umwelt können wir die Aktivität unserer Gene beeinflussen und somit unsere Gesundheit positiv gestalten. Die fortschreitende Forschung in diesem Bereich verspricht, neue Einblicke in die Prävention und Behandlung von Krankheiten zu liefern und unser Verständnis der komplexen Interaktionen zwischen Genen und Umwelt weiter zu vertiefen.

Quellen

Das könnte Sie auch interessieren