Hidden Figures – Unerkannte Symmetrien der DNA

Die verborgene Fünffachsymmetrie der DNA nimmt man nur wahr, wenn man in sie hineinschaut und seine Vorstellungskraft bemüht.

Die beiden Helices der DNA-Doppelhelix umlaufen im Raum, wie Wendeltreppen, einen imaginären Zylinder in antiparalleler Anordnung. Sie sind in regelmäßigen Abständen, auf ihren Innenseiten, durch Wasserstoffbrücken zwischen Stickstoffbasen miteinander verbunden. Die Basen Adenin (A) und Thymin (T) sowie Cytosin (C) und Guanin (G) bilden durch diese Wasserstoffbrücken jeweils ein sogenanntes Basenpaar.

Credit: By Magladem96 [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons Ich meine diese Abbildung der DNA-Doppelhelix enthält zwei Fehler. Nach meiner Zählung zeigt sie nur neun Basenpaare pro Umlauf einer Helix. Außerdem enthält die rechte Seite nur große Furchen und die linke Seite nur kleine Furchen. Auf beiden Seiten sollten sich aber kleine und große Furchen abwechseln.

Auf jeden Umlauf einer Helix entfallen bei der B-DNA, die in der Natur häufigste Konformation, zehn Basenpaare. Die helikale Windung je Basenpaar beträgt 36°.  Bei dieser Konformation der DNA-Doppelhelix sind die beiden Helices so gegeneinander versetzt, dass ihre gegenseitigen Abstände längs der Achse eine Teilung nach dem Goldenen Schnitt ausmachen. Die Umlauflänge und der Durchmesser der DNA stehen ebenfalls im Verhältnis des Goldenen Schnitts zueinander.

Schaut man längs des imaginären Zylinders in die Doppelhelix hinein und denkt sich die Wasserstoffbrücken der Basenpaare A-T und C-G im Inneren dieses Zylinders jeweils als eine Linie, dann zeigen diese Linien zwei gegeneinander versetzte Pentagramme.

Credit: By Mauroesguerroto (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons B-DNA in der Draufsicht

Würde das Teilungsverhältnis nicht dem Goldenen Schnitt entsprechen, dann wären die Spitzen des Pentagramms nicht geschlossen. Und entfielen nicht genau zehn Basenpaare auf einen Umlauf, käme überhaupt keine regelmäßige Fünffachsymmetrie zustande.

„Die Symmetrie ist diejenige Idee, mit deren Hilfe der Mensch im Laufe der Jahrhunderte versuchte, Ordnung, Schönheit und Vollkommenheit zu begreifen und zu schaffen.“

 

Hermann Weyl

Fußnoten

In der Natur ist so ein starrer Zylinder natürlich unpraktisch, da die DNA im Zellkern auf kleinstem Raum zusammengepackt werden muss. Die Basenpaare stapeln sich nicht wie Bücher exakt parallel aufeinander, sondern bilden Keile, die die Helix in die eine oder andere Richtung neigen. Der Neigungswinkel der Basenpaare zur Achse beträgt 6°. Den größten Keil bilden Adenosine, die mit Thymidinen der anderen Helix gepaart sind. Folglich bildet eine Serie von AT-Paaren einen Bogen in der Helix. Wenn solche Serien in kurzen Abständen aufeinander folgen, nimmt das DNA-Molekül eine gebogene Struktur an, welche stabil ist. Dies wird auch Sequenz-induzierte Beugung genannt. Sequenz-induzierte Beugung findet man häufig an wichtigen Stellen im Genom.

 

 

Veröffentlicht von

Joe Dramiga ist Neurogenetiker und hat Biologie an der Universität Köln und am King’s College London studiert. In seiner Doktorarbeit beschäftigte er sich mit der Genexpression in einem Mausmodell für die Frontotemporale Demenz. Die Frontotemporale Demenz ist eine Erkrankung des Gehirns, die sowohl Ähnlichkeit mit Alzheimer als auch mit Parkinson hat. Kontakt: jdramiga [at] googlemail [dot] com

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