Genetik

DNA und RNA im Vergleich

Die DNA und die RNA – die sogenannten „Schlüsselmoleküle des Lebens“ – enthalten genetische Informationen und können diese weitergeben. Doch worin liegen die Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen der DNA und RNA? Das alles lernst du in diesem Beitrag. %Du bevorzugst audiovisuelles Lernen? Kein Problem, schaue dir gerne unser anschauliches Video zu dem Thema an!

Inhaltsübersicht

DNA und RNA einfach erklärt

Die DNA (Desoxyribonucleinsäure bzw. deoxyribonucleic acid) und die RNA (Ribonukleinsäure bzw. Ribonucleic acid) gehören zu den Nucleinsäuren. Sie sind aus zahlreichen Einzelbausteinen – den Nukleotiden%Verweis – in Form langer Ketten zusammengesetzt. 

Die DNA dient bei allen Lebewesen (Eukaryoten und Prokaryoten ) als Träger der Erbinformationen. Sie speichert also Informationen, die den Bauplan eines jeden Lebewesens wie das Geschlecht, die Haar- oder Augenfarbe enthält. Bei manchen Viren übernimmt hierfür die RNA diese Aufgabe. 

Neben der genetischen Informationsübertragung besitzt die RNA noch viele weitere Funktionen. Sie dient beispielsweise als Informationsübermittler zur Proteinherstellung (mRNA ) oder fungiert als Katalysator (Ribozyme), ähnlich wie Enzyme. 

Um dir einen detaillierteren Überblick über DNA und  RNA   zu verschaffen, schau dir gerne unsere zugehörigen Artikel an.

DNA RNA Vergleich im Aufbau

Vergleichen wir zunächst den Aufbau der DNA%Verweis DNA Aufbau und der RNA. Was sind Gemeinsamkeiten und worin unterscheiden sich die beiden Moleküle?

Gemeinsamkeiten DNA RNA

Fangen wir mit den Gemeinsamkeiten an, die zwischen dem RNA und DNA Aufbau bestehen.  

Nukleinsäuren

Wie du bereits weißt handelt es sich bei beiden Moleküle um sogenannte Nukleinsäuren. Darunter kannst du langkettige, lineare Moleküle (Polymere: „poly“ = viele) verstehen, die aus den gleichen Einzelbausteinen (Monomeren) verknüpft vorliegen. Diese Bausteine heißen Nukleotide und bestehen wiederum aus drei Zutaten: 

  • einem Zuckermolekül,
  • einer Phosphatgruppe und
  • einer organischen, stickstoffhaltigen Base%Verweis DNA Basen

%<img class="" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/10/Aufbau_eines_Nukleotids_WP-2-1024x576.jpg" alt="Aufbau eines Nukleotids, Zucker, Ribose, Phosphatrest, Phosphor, Base, RNA, DNA, Nukleosid, Nukleotid" width="479" height="270" />

%Aufbau Nukleotid, alt Text: Nukleosid, Nukleotid, N-glykosidsiche Bindung, Base, Esterbindung, Phosphat, Zucker, DNA, RNA

%Animation: Nukleosid hier an dieser Stelle bitte wegmachen; Kohlenstoffatome am besten nummerieren 1-5; Start bei C der Base; und statt Phosphat bitte Phosphatgruppe schreiben

Das Zuckermolekül ist sowohl bei der RNA als auch der DNA eine Pentose. Darunter kannst du verstehen, dass es aus jeweils 5 (griechisch: „pente“ = fünf) Kohlenstoffatomen aufgebaut ist. Über sein 5. Kohlenstoffatom (5′) ist die Pentose mit einer Phosphatgruppe und über das 1. Kohlenstoffatom (1′) mit der sickstoffhaltigen Base verbunden. 

Mehrere verknüpfte Nukleotide ergeben eine Kette (=Polynukleotid), die abwechselnd aus Zucker und Phosphatgruppe (-Zucker-Phosphat-Zucker-Phosphat-) besteht. Sie sind durch sogenannte Esterbindungen (hier genauer: Phosphodiesterbindungen) untereinander verbunden. Die organischen Basen ragen quasi aus der Kette heraus. 

%<img class="" src="https://www.pharmawiki.ch/wiki/media/Nukleinsaeuren_1.png" alt="Quellbild anzeigen" width="241" height="316" />

%Aufbau Polynukleotid bei RNA und DNA; alt. Text: DNA, RNA, Polynukleotid, Nukleotid, Base, Ribose, desoxyribose, Phosphatgruppe, Phosphodiesterbindung, Nukleinsäuren

%Hier gerne den Strang schematisch wie auf der rechten Seite darstellen und daneben noch einmal kurz ein einzelnes Nukleotid zeigen (reicht aber schematisch nicht wie hier links; der User sollte nur erkennen, was in der Kette der Einzelbaustein ist. beim 3' Ende unten noch OH Gruppe hinzufügen

Polarität der Polynukleotide

Vielleicht ist es dir bereits aufgefallen, dass die Enden der Polynukleotid-Kette nicht identisch sind. An einem Ende befindet sich der Phosphatrest (5′ Ende), am anderen hingegen die OH- Gruppe (3′-Ende). Die DNA/RNA-Kette besitzt also immer eine bestimmte Richtung oder Polarität und zwar immer vom 5’Ende zum 3’Ende ( 5′ -> 3′).  

Unterschied DNA RNA

Neben den bisher kennengelernten Gemeinsamkeiten bestehen auch einige Unterschiede im Aufbau der DNA und der RNA. Die wichtigsten liegen im beteiligten Zuckermolekül, den jeweiligen organischen Basen und der Struktur (Einzelstrang/Doppelstrang). 

Zuckermolekül

Einen Unterschied kannst du bereits den jeweiligen Namen entnehmen: Das am Nukleotid beteiligte Zuckermolekül ist bei der DNA (Desoxyribonukleinsäure) die Desoxyribose. Die RNA (Ribonukleinsäure) hingegen besteht aus der Ribose. „Desoxy“ bedeutet ohne Sauerstoff; es handelt sich also um eine Ribose ohne Sauerstoffatom

%Das kannst du der folgenden Abbildung entnehmen, denn am 2. Kohlenstoffatom besitzt die Desoxyribose anstelle der <a href="https://studyflix.de/chemie/hydroxygruppe-2296">OH-Gruppe</a> lediglich ein Wasserstoffatom.

%<img class="" src="https://www.biologielessen.nl/Afbeeldingen/Begrippen_illustraties/D/Deoxyribose.jpg" alt="Quellbild anzeigen" width="427" height="171" />

%Desoxyribose und Ribose im Vergleich; alt Text: Nukleotid, Ribose, DNA, DNA, Desoxyribose, Nukleosid

%Hier bitte auch am 2. Kohlenstoffatom das Wasserstoffatom bzw. die OH-Gruppe markieren. Hier die chemische Strukturen abbilden und nicht schematisch

Dieser kleine strukturelle Unterschied hat große Auswirkungen auf die Stabilität der Moleküle: Der RNA Strang ist nämlich weniger stabil als der DNA Strang, da die zweite OH-Gruppe auch eine Verknüpfung mit dem nachfolgenden Phosphatrest eingehen und zu einer Spaltung des RNA-Strangs in einzelne Nukleotide führen kann. 

Organische Basen

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist, dass in der RNA die Base Thymin durch die chemisch sehr ähnliche Base Uracil ersetzt vorliegt. Wahrscheinlich findet in der RNA Uracil Verwendung, da weniger Energie für die Herstellung aufgrund der fehlenden Methylgruppe aufgewendet werden muss. 

Neben Thymin und Uracil gibt es noch drei weitere stickstoffhaltige Basen: Adenin, Guanin und Cytosin. Sie kommen aber in beiden Molekülen vor.

%<img class="" src="http://www.phschool.com/science/biology_place/biocoach/bioprop/images/chembase.gif" alt="Quellbild anzeigen" width="431" height="208" />

%DNA und RNA Basen , alt Text: DNA, RNA, Nukleotid, Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin, Uracil, Purine, Pyrimidine

%Hier gerne auch eine Gegenüberstellung zwischen RNA und DNA Basen vornehmen, deutsche Namen verwenden und Purin, Pyriminin rauslassen. Bitte auch chemische Strukturen verwenden + Uracil und Thymin hervorheben (umkreisen o.ä.)

Einzelstrang Doppelstrang

Auch in ihrer Struktur unterscheiden sich die beiden Moleküle: Die DNA liegt als gewundener Doppelstrang (Doppelhelix%Verweis) vor, während die RNA meist als deutlich kürzerer gewundener Einzelstrang (Einfachhelix) existiert. 

%<img class="" src="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fd/Difference_DNA_RNA-DE.svg/1371px-Difference_DNA_RNA-DE.svg.png" alt="Quellbild anzeigen" width="395" height="316" />

%Einzelstrang (RNA), Doppelstrang (DNA), alt Text: Einzelstrang, Doppelstrang, DNA, RNA, Doppelhelix, komplementäre Basen, Wasserstoffbrückenbindungen

%Hier einen schematischen DNA-Doppelstrang/RNA Einzelstrang gewunden wie hier in der Abbildung darstellen: gerne Farblich daneben die einzelnen Basen anführen wie hier, nur chemische Formeln hier nicht nötig. Beim DNA Doppelstrang bitte noch Wasserstoffbrückenbindungen beschriften.

Der DNA Doppelstrang kommt deshalb zustande, da die organischen Basen untereinander zwischenmolekulare Bindungen – die sogenannten Wasserstoffbrückenbindungen – eingehen können. Es paaren sich dabei immer jeweils Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin, was du als komplementäre Basenpaarung bezeichnen kannst. 

Allerdings kann die RNA in bestimmten Viren (RNA-Viren) auch als doppelsträngiges Molekül vorkommen. Beachte außerdem, dass in manchen RNA-Abschnitten trotzdem Paarungen der jeweiligen komplementären Basen mit sich selbst möglich sind (hier: Adenin mit Uracil), woraus schlaufen- oder kleeblattähnliche Strukturen entstehen können.  

Generell ermöglichen die unterschiedlichen dreidimensionalen Strukturen, dass die RNA mehr chemische Reaktionen als die DNA praktizieren kann. Sie ist also chemisch reaktiver. 

Vergleich DNA RNA in der Funktion

Jetzt kennst du dich bestens mit Gemeinsamkeiten und Unterschieden der DNA und RNA im Aufbau aus. Vergleichen wir nun die RNA und DNA Funktionen miteinander. Neben der Funktion als genetischer Informationsträger spielen beide eine große aber jeweils unterschiedliche Rolle bei der Herstellung von Proteinen (=Proteinbiosynthese).  Zusätzlich besitzt die RNA noch zahlreiche weitere Formen und Aufgaben. 

DNA und RNA als Informationsträger 

Die DNA besitzt die Erbinformationen in verschlüsselter (codierter) Form und gibt sie an nachfolgende Generationen weiter. Sie ist ein zentrales Kennzeichen von Lebewesen, denn es gibt kein Lebewesen ohne DNA. In der Abfolge der einzelnen Basen sind diese genetischen Informationen gespeichert, die beispielsweise das Geschlecht, die Haar- oder Augenfarbe bestimmen. Das kannst du in etwa mit Buchstaben vergleichen, aus denen sich der
Name eines Menschen zusammensetzt.

Bei der Fortpflanzung oder dem Zellwachstum wird diese Information weitergegeben, indem identische Kopien der DNA angefertigt werden. Diesen Prozess kannst du als DNA Replikation%Verweis bezeichnen.  Bei Eukaryoten findet er immer vor einer Zellkernteilung (Mitose ) statt. 

Lediglich bei manchen Viren, den sogenannten RNA-Viren, macht die RNA das Erbgut (Genom%Verweis) aus. 

Rolle der DNA und RNA in der Proteinbiosynthese

Wie du bereits gelernt hast, sorgen DNA und RNA für die Proteinherstellung (Proteinbiosynthese). Sie erfolgt in zwei Phasen: der Transkription  (lat. „transcribere = umschreiben) und der Translation  (engl. translation = Übersetzung).

Die in der DNA gespeicherten Informationen werden zunächst die in eine RNA-Sequenz übertragen(=Transkription). Die DNA dient also als Vorlage (Matrize). Du kannst die entstehende RNA-Zwischenstufe auch als Boten RNA oder messenger RNA (mRNA) bezeichnen.

Dieser transportfähige Informationsüberträger veranlasst dann an den Ribosomen die Herstellung von Proteinen/Enzymen (=Translation). Proteine bzw. Enzyme nehmen dann wiederum Einfluss auf unser Aussehen (Phänotyp%Verweis) und unseren Stoffwechsel. 

Der Fluss der genetischen Information (=Genexpression%Verweis) erfolgt also in normalen Zellen auf folgende Weise:

DNA -> RNA -> Protein -> Merkmal

%Übersicht Proteinbiosynthese, alt Text: DNA, Protein, mRNA, Transkription, Translation, genetischer Code, Zellkern, Ribosomen

%Animation: bitte aus Artikel Proteinbiosynthese entnehmen; hier lediglich Übersichtsdarstellung verwenden

Weitere RNA Funktionen 

Neben der mRNA existieren noch zahlreiche weitere RNA Formen, die jeweils wichtige Aufgaben in der Zelle erfüllen. Allerdings besitzen sie im Gegensatz zur mRNA keine codierenden Funktionen. Darunter kannst du verstehen, dass aus ihnen keine Proteine hergestellt werden können. 

Manche RNAs können zum Beispiel chemische Reaktionen ähnlich wie Enzyme beschleunigen. Deswegen kannst du sie auch als Ribozyme bezeichnen. Ein bekannter Vertreter hierfür ist die rRNA (ribosomale RNA), die Bestandteil der Ribosomen ist und an der Verknüpfung einzelner Aminosäuren zum Protein mitwirkt. 

Eine weitere wichtige RNA ist die tRNA (transfer RNA), die einzelne Aminosäuren zu den Ribosomen zur Proteinherstellung transportiert. 

Außerdem sind manche RNA Typen auch an der Genregulation%Verweis beteiligt. Unter der Genregulation kannst du verstehen, dass gewisse Gene bei Bedarf an- und ausgeschaltet werden können.

 DNA RNA Vergleich als Tabelle

In der folgenden Tabelle haben wir für dich noch einmal wichtige Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen DNA und RNA zusammengetragen. 

  DNA RNA
Struktur Doppelstrang (Doppelhelix) (meist) Einfachstrang (Einfachhelix)
Biomolekülart Nukleinsäure Nukleinsäure
kleinster beteiligter Baustein (Monomer) Nukleotid Nukleotid
Basen Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin Adenin, Uracil, Guanin, Cytosin
Zuckermolekül Desoxyribose Ribose
Funktionen

Träger/Speicher der Erbinformationen 

Vorlage bei der Proteinbiosynthese

codierende Funktion (mRNA): Zwischenstufe als Informationsüberträger bei der Proteinherstellung 

nicht codierende Funktion: Abhängig vom Typ: u.a. Enzymähnliche Funktion; Genregulation

 

 

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