Die alte Tante DNA ist, wie oft bei berühmten Geschwistern, wichtig, aber nicht die fleißigste. Sie ist eine Stubenhockerin, bleibt gemütlich und – rund um die Uhr – bewacht zu Hause, im Zellkern. Die Poren des Kerns sind Fenster, aber die unbewegliche Dame passt nicht durch sie durch. Und große Türen gibt es nicht für sie – es könnten ja auch Feinde von draußen reinkommen. Die DNA ist wie gesagt etwas gebrechlich, wagt sich nicht nach draußen in die doch raue Welt des Zellplasmas. Ihre Arbeit besteht darin, ihre wertvollen Informationen aus alten Tagen zu hüten. Gelegentlich werden ihre Informationen allerdings verdoppelt. Das nennen wir Menschen dann Zell- und Kernteilung (Mitose).
Die kleine bewegliche RNA schlängelt sich dagegen als flinker Bote (messenger RNA, mRNA) millionenfach mit Abschriften der wertvollen DNA-Information aus dem Kern. Diese flinken Boten passen durch dessen Poren, schnurstracks hinein in das gefährliche Zell-Plasma. Das ist so bei den höheren Zellen der Eukaryoten.
Bei den niederen Prokaryoten (wie den Bakterien) schwebt die DNA dagegen “wagemutig”, ungeschützt, als Riesen-Ring frei im Zellplasma. Hier hat sie noch dutzendfache Ableger in Form kleiner ringförmige DNA-Plasmide. Diese DNA-Plasmide sind (im Gegensatz zur Haupt-DNA) beweglich und können über sogenannte Sex-Pili zwischen Bakterienzellen ausgetauscht werden (Konjugation). Auch Bakterien haben also, nun ja… Sex.
Dabei können z. B. Informationen zum Bau von antibiotika-zerstörenden Enzymen (Lactamasen) weitergegeben werden und ihre Träger-Bakterien (zu unserem Leidwesen) resistent gegen Antibiotika machen. Eine echte Herausforderung! Die RNA-Geschwister gehen, bildlich gesprochen, nach draußen in die weite Welt, anstatt daheim zu hocken und sich nur um ihr Erbe zu kümmern. Diese “Arbeiter-RNAs” ackern aktiv in den Eiweißfabriken, den Ribosomen. Ihre Produkte sind dann Tausende verschiedener Eiweiße der Zelle.
Die wichtige Rolle der RNA wurde erst durch Sidney Altman und Thomas Cech klar für Ribozyme (Nobelpreis 1989) und durch Jack Szostak (Nobelpreis 2009 ) weiter aufgeklärt. Szostak war dann der Lehrer von Jennifer Doudna, die mit meiner guten Freundin Emmanuelle Charpentier den Chemie-Nobelpreis für CRISPR bekam. Die Genschere CRISPR setzt im übrigen alles auf aktive RNA!
Nun fragt sich allerdings der Medilumnist (getreu “Lob des Zweifels” von Brecht), was die doch offenbar hochaktive, aggressive RNA im hochgepriesenen mRNA-Impfstoff einer deutschen Vorzeige-Firma (außer der recht ungesunden Überflutung des Körpers mit antigenen Spike-Proteinen ) noch an außerplanmäßigen Überraschungen in petto hat… Sic transit gloria mundi (So vergeht der Ruhm der Welt) pflegte mein seliger Lateinlehrer Dr. Friedrich Hohmuth in Merseburg weise zu sagen…
Dreh- und Angelpunkt der Bio-Revolution ist die Helix des Lebens – der materielle Träger der Erbsubstanz, die Desoxyribonucleinsäure (DNS), international abgekürzt DNA, nach der englischen Bezeichnung deoxyribonucleic acid. Die lange Suche nach dem Träger der Vererbung gipfelte 1953 in einem Artikel des Wissenschaftsjournals Nature der beiden jungen Forscher James Dewey Watson (geb. 1928) und Francis Compton Crick (1916-2004). Darin war eine einfache, aber geniale Grafik einer Doppelwendel zu sehen, die DNA-Doppelhelix.
Die DNA ist vereinfacht mit einem verdrillten Reißverschluss vergleichbar – einem Reißverschluss allerdings, der vier unterschiedliche Sorten von "Zähnen" besitzt: Die vier Basen Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T). Diese Basen sind Bestandteil der Nucleotide, der eigentlichen Bausteine der DNA. Die Nucleotide ihrerseits bestehen aus einem Zucker, einer Base und einem Phosphatrest.
Die Geometrie der Doppelhelix ist nicht nur platzsparend, sondern erlaubt auch den Zugang zur Information von allen Richtungen. Desoxyribose ist der Zucker der Nucleotide. Im Unterschied zur Ribose – dem Zucker der Ribonucleinsäure, der RNA – fehlt der Desoxyribose das Sauerstoffatom am 2’-Kohlenstoff. Das Rückgrat besteht aus sich abwechselnden Desoxyribose-und Phosphateinheiten. Die Zucker sind also über Phosphodiesterbrücken miteinander verbunden.
Wie Reißverschlusszähne an einer Stoffleiste sind die vier Basen an dem Rückgrat befestigt, das lediglich tragende Funktionen hat. Für die genetische Information ist allein die Reihenfolge der vier Basen von Bedeutung, die Basensequenz. Die beiden Zahnleisten eines geschlossenen Reißverschlusses werden mechanisch zusammengehalten.
Im Fall der beiden DNA-Stränge sind es dagegen molekulare Wechselwirkungen, Wasserstoffbrücken (H-Brücken), die zwischen gegenüberliegenden Basen der beiden Einzelstränge wirken. Erwin Chargaff (1905-2002) hatte 1950 mit Hilfe chromatografischer Methoden festgestellt, dass das Verhältnis von Adenin zu Thymin und von Guanin zu Cytosin bei allen Lebewesen stets etwa 1 beträgt (Chargaff’sche Regel).
Aus Watson und Cricks DNA-Modell wurde nun klar, warum das so sein muss: A-Basen und T-Basen sowie C-Basen und G-Basen passen räumlich exakt zusammen: Drei Wasserstoffbrücken halten G und C zusammen, zwei H-Brücken A und T. Diese sogenannte Basenpaarungsregel (oder Watson-Crick-Regel) ist Voraussetzung für die exakte Weitergabe genetischer Information.
Die genomische DNA der prokaryotischen Bakterien schwimmt frei im Plasma, die eukaryotische DNA liegt fest im Zellkern verknäuelt vor. Außer der genomischen DNA im Zellkern besitzen Eukaryoten auch Mitochondrien-DNA und Pflanzenzellen zusätzlich DNA in ihren Chloroplasten. Proteine entstehen außerhalb des Kerns im Zellplasma. Die Zelle verfügt dort über eigene Proteinfabriken, die Ribosomen.
Diese Lücke zwischen Kern und Fabrik muss überbrückt werden. Wie gelangt die in der DNA enthaltene Bauanweisung im Zellkern zu den Ribosomen im Zellplasma? Ein Bote (engl. messenger) wird benötigt. Ein solcher biologischer Bote ist auch aus "zellökonomischen" Gründen notwendig. Die mRNA!