DNA ist in allen Lebewesen immer doppelsträngig; warum ist das so? Und warum gibt es bei RNA keinen Zwang zum Doppelstrang? Als dsDNA ist sie stabiler, ok aber zumindest wären dann Ausnahmen/einzelsträngige Formen zu welchen Zwecken auch immer trotzdem vorstellbar gewesen. RNA gibts als Einzelstrang und auch als Doppelstrang und sogar als Ribozym etc. Warum eigentlich nur RNA; wäre das denn mit DNA nicht auch möglich gewesen?
Das muss mit dem Zucker in DNA (DESOXYRIBOnukleinsäure) bzw. RNA (RIBOnukleinsäure)zusammen hängen. Es ist auch bekannt, dass kurze einzelsträngige DNA Funktionen im Organismus ausüben.
Aus Deiner Frage entnehme ich dass Dir die generellen Prinzipien der DNA- Ablesung und Vervielfältigung klar sind.
die wichtigste Eigenschaft unserer DNA ist nicht, dass sie die Informationen für Proteine codiert, sondern dass sie fehlerfrei kopiert werden kann.
Neben der Stabilität würde ich Dir als Antwort also das Backup an die Hand legen: denn unsere Vervielfältigungsmaschinerie ist eben NICHT fehlerfrei sondern nur beinahe fast. Deshalb haben wir nicht nur einen komplementären Strang für ein Gen, sondern auch noch einen doppelten Chromosomensatz, eigentlich ja auch unnötiges Gewicht, zumal das alles bei einer einzigen Zellteilung verdoppelt wird- gäbe es da Möglichkeiten zu sparen, würde die Zelle das tun. Dennoch scheint es für riesige Biomaschinen, wie das unsere Körper mit so vielen spezialisierten Zellen sind, die beste Lösung zu sein.
Der Grund dafür liegt in besagtem Fehler- extrem selten ist er und doch passiert es manchmal entweder durch Umwelteinflüsse (DNA- Schäden) oder einfache Lesefehler, dass etwas nicht stimmt- wenn dies dazu führt, dass ein lebenswichtiges Gen einfach nicht richtig abgelesen werden kann- je nachdem an welcher Schnittstelle im Stoffwechsel das Gen jetzt war, kann dies mehr oder minder lethal sein (u.A. die Ursache von Krebs)… Die bewährte Technik bei Mehrzellern scheint dann zu sein, beschädigte DNA durch die richtige Kopie auf dem Komplementärstrang zu reparieren, oder, wenn der Fehler schon beide Stränge betrifft, mittels epigenetischer Mechanismen den defekten Genlokus einfach „stummzuschalten“ (über die Methylierung der Promoter) und auf eine Kopie im Schwesterchromosom zurückzugreifen.
Dieses Detail führt unter anderem dazu, dass Mutationen sich erst auf einer genetischen Ebene durchsetzen müssen, bevor sie sich phänotypisch als nützlich erweisen können- denn auch „vorteilhafte“ Änderungen im Genom werden so wieder korrigiert.
Der Kontrast zur RNA ergibt sich aus den Halbwertszeiten, bis die Moleküle ihren Zweck erfüllen.
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DNA ist nicht nur sinnbildlich sondern nachweislich für die Ewigkeit entworfen: Proteine in Deinen Zellen lassen sich in identischem Code bis auf das Einzellertum zurückverfolgen. Glaubt man der Evolution, haben diese Gene eine Jahrmillionenreise in Dein Genom hinter sich. Glaubt man ihr nicht, so ist dies ein redundantes Element, ein Teil in einem Baukasten, das seit Bestehen der Menschheit dafür eingesetzt wird (Beispiel für beides: Enzyme der oxidativen Phosphorylierung).
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RNA hingegen hat ihren Zweck erfüllt, wenn sie abgelesen wurde- da dies ständig passiert, ist unserem Körper da die Sparversion lieber, zumal die Matrize DNA nicht verlorengeht und bei fehlerhaftem Ablesen/ Abbau der RNA vor der Proteintranslation schlicht nochmal abgelesen werden kann.
Schlimmer noch, wäre RNA stabiler als sie das ist, bestände das Zellinnere in kurzer Zeit aus nichts Anderem, ihre instabile Einzelsträngigkeit ist essentiell für ihre Aufgabe, damit die Zelle adäquat schnell auf ihre Umwelt/Stimuli reagieren kann
Dass das Paradigma der „immer-doppesträngigen“ DNA nicht haltbar ist, zeigen uns die Viren (http://www.vu-wien.ac.at/i123/virusinfo.html). Hier gibt es- aus unterschiedlichen funktionellen (vielleicht auch evolutionären) Gründen alle Varianten, die Du Dir vorstellen kannst. Viren helfen uns aber auch Deinen letzten Punkt zu verstehen. RNA als funktionelles „tool“ mit der entsprechenden Halbwertszeit macht bei pseudo-lebenden Viren Sinn, die aus der schnellen Mutation praktisch jeden Winter Vermehrungskapital schlagen können. Auch in der intrazellulären Genregulation findet man: eine RNA, die durch eine komplementäre miRNA aus dem Verkehr gezogen wird, erfüllt ihren Zweck einsträngig.
Übrigens lösen Viren das Fehlerproblem durch die Vielzahl an Varianten, viele kratzen ab aber ein paar haben dann die Überlebensstrategie in ihrem Code.
Letztendlich hast Du völlig Recht zu behaupten, dass in Bezug auf die Informationsablesung das DNA/RNA-Molekül sogar immer (lokal) einzelsträngig sein MUSS; aber für Stabilität und Absicherung der Integrität Doppelsträngigkeit unverzichtbar ist … und unsere Zellen können einfach beides…
Lieben Gruss und ein frohes Neues Jahr wünscht
mat
aaalso…erstmal zwei Dinge: es gibt nicht nur dsDNA, sondern auch ssDNA bei Viren.
Als zweiter Punkt gibt es die Theorie der RNA-Welt. Die Theorie sagt aus, das sich das Leben zuerst nur mit RNA entwicket hat. Deswegen gibt es ssRNA und dsRNA in allen Variationen im Lebewesen. RNA hat aber einen entscheidenden Nachteil. Cytosin desaminiert sehr leicht zu Uracil. Da es aber für die Erbinfo extrem wichtig ist, Mutationen zu vermeiden, wurde die DNA „erfunden“. Da hast ja Thymin statt Uracil. DNA ist in der Synthese aber viel komplexer als RNA (läuft über eine ein-Elektronen-Übertragung) und wurde dashalb nur da eingesetzt wo es von entscheidenem Vorteil war. Und das ist eben nur bei der Erbinfo der fall. Und die Erbinfo muss eben doppelstränig sein für die Stabilität und gegen Mutationen. ich glaube wenn du dich n bissle über die RNA-Welt schlau machst findest vielleicht eine, für dich, brauchbare Erklärung. 
Lg
Martin
Ganz generell ist DNA stabiler als RNA. Die OH-Gruppe an der Ribose in RNA kann als Elektronen-Donor dienen; damit kann es eben auch zu Strangbrüchen kommen, was die RNA-Stranglänge begrenzt. Die Wechsel von Ribose zu Desoxyribose ermöglicht also überhaupt erst die extreme Länge von DNA-Strängen, die man eben z.B. in humanen Chromosomen vorfindet.
Das erklärt aber im Prinzip auch, warum RNA in Ribozymen vorhanden sein kann und DNA eher nicht. Ich bin auf dem Gebiet kein Experte, nehme aber an daß es genau die OH-Gruppe ist, die katalytisch aktiv ist. Damit wären dann ähnliche Reaktionen durch DNA überhaupt nicht katalysierbar und DNA scheidet hier im Grunde völlig aus.
Wenn man jetzt davon ausgeht, daß DNA für die genetische Information wichtig ist, weil es eben chemisch eben eher unreaktiv ist, dann erklärt sich auch warum einzelsträngige DNA nur selten vorkommt: die Zellen versuchen unter allen Mitteln ssDNA zu schützen, in Bakterien durch das einzelstrang-bindende Protein (single-strand binding protein, SSB), in Eukaryonten durch das homologe RPA (replication protein A). Es kommen also schon einzelsträngige Formen vor. Bei der bakteriellen Konjugation wird z.B. einzelsträngige DNA übertragen. Diese wird dann allerdings direkt in der Zielzelle sofort durch SSB gebunden und geschützt. Oder, falls sie als Fremd-DNA erkannt wird, degradiert, weil sonst die Gefahr besteht, daß es sich um DNA eines Erregers wie z.B. eines Bakteriophagen handelt, welche die Zelle potentiell zerstören könnte.
Ich denke also Deine Frage läßt sich durch eine Kombination der chemischen Reaktivität und, davon ausgehend, der Informationserhaltung erklären.
Hilft Dir das weiter?
Grüße aus der Robin-Hood-Stadt Nottingham,
Christian
Hilft Dir das weiter?
Aber ja, sehr sogar.
Danke für eure Antworten, Leute, ihr seid super
(sorry, falls Diskussionen nicht erlaubt sind, ich dachte nur einfach eine Frage hinklatschen und sich nicht wieder melden wäre auch falsch)
Hi!
Zuerst einmal bitte ich um Entschuldigung für die doch sehr späte Antwort.
Mit dieser Frage habe ich mich noch nie beschäftigt, aber beim Googlen habe ich das hier gefunden, was sehr plausibel klingt:
http://medicguide.blogspot.com/2008/07/why-is-dna-do…
Falls du des Englischen nicht mächtig bist, hier meine Zusammenfassung des Textes:
DNA erfüllt im Prinzip nur einen Zweck, nämlich Informationen speichern und zum Ablesen bereit halten. RNA hat aber, wie du selbst schon geschrieben hast, vielerlei Zwecke: mRNA, tRNA, miRNA, etc …
Der Doppelstrang hat den Zweck, die DNA vor Mutationen zu schützen, da diese verheerende Auswirkungen haben könnten. Mutationen an mRNA, tRNA, usw. sind nicht so gravierend, da sie sich i.A. nicht vervielfältigen. Das gilt natürlich nicht für Bakterien, deren Erbgut nur als RNA vorliegt, aber bei Bakterien ist gerade die hohe Mutationsrate das, was sie so anpassungsfähig macht. Durch die häufige Teilung und die häufige Mutation können sie sich nämlich schneller and die Umgebung anpassen.
Schlussendlich muss ich noch sagen, dass Fragen nach dem „Warum“ oder dem Sinn und Zweck in der Biologie eigentlich total fehl am Platz sind. Es gibt keine steuernde Intelligenz, die sich das so ausgedacht hat und das aus irgendwelchen Gründen so macht. Vielmehr sind die Dinge, wie sie sind, weil es sich durchgesetzt hat. Einen „Zwang“ zum Doppelstrang gibt es also auch nicht, aber DNA als Einzelstrang scheint gnadenlos unterlegen zu sein, also wurde sie in der Evolution aussortiert.