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DNA-Strukturen

Watson-Crick-Paare

Der Begriff der Basenpaaung gehört nach der eleganten Formulierung der DNA-Doppelhelix durch Watson und Crick zum Allgemeinwissen. Umso schwerer ist es, eine allgemein gültige und exakte Definition der Basenpaarung in den wissenschaftlichen Unterricht einzubringen. Es gibt nämlich neben der Watson-Crick-Basenpaarung noch zahlreiche weitere Basenpaarungen, die zwar seltener aber deswegen nicht von minderer Bedeutung sind. Allgemein läßt sich formulieren, dass alle Polynucleotide - also alle Formen der DNA und der RNA - stets eine minimal hydrophobe Form einnehmen. Sollten sich keine Partner für die stereochemisch besonders günstige Watson-Crick-Basenpaarung finden, lagern sich die Nucleotide in der nächst stabileren Form zusammen. Diese speziellen "Basenpaarungen" werden gesondert unter dem Titel "Hoogsteen"-Basenpaarung behandelt.

Tutorial Basenpaarung

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Abb.1
Basenpaarung AT links und GC rechts.

Die Watson-Crick-Basenpaarungen basieren auf der experimentellen Beobachtung von E. Chargaff. Die Chargaff-Regel besagt, dass es innerhalb der DNA immer genauso viele Adenosine wie Thymidine, bzw. genauso viele Cytidine wie Guanosine gibt. Daraus folgerten Watson und Crick zutreffend, dass stets ein zweiringiges Purinsystem mit einem einringigen Pyrimidin in Wechselwirkung tritt, so dass der Abstand zwischen den N-glycosidischen Bindungen und damit auch zwischen den Phosphor-Gruppen konstant ist. Das erkennen Sie gut in dem hier beigefügten Tutorial. Diese Regel gilt sowohl für RNA als auch für DNA. In der RNA ist das Thymidin durch Uridin ersetzt.

Hinweis
Watson-Crick Basenpaare kommen nur in den polymeren Nucleinsäuren vor. Ohne das Zucker-Phosphat-Gerüst gäbe es keine derartigen Wechselwirkungen. Weil die Wasserstoff-Brücken spezifisch zwischen den Basen Adenin-Thymin und Guanin-Cytosin gebildet werden, sprechen wir von Basenpaaren. Würden sich Adenin und Thymin, bzw. Guanin und Cytosin in Lösung paaren, müßten wir von Purin-Pyrimidin-Paaren sprechen. Sie sind jedoch nicht bekannt.
Wenn man dagegen die Wasserstoffe der Basen anstatt mit Ribose mit einer Methyl-Gruppe substituiert, erhält man Substanzen, die den Nucleotiden sehr ähnlich sind. Mit Hilfe solcher Derivate gelingt es, viele verschiedene Basenpaarungen kristallin darzustellen. Als die Röntgenstrukturanalyse noch weniger leistungsfähig war, hat man sich dieses Hilfsmittels häufig bedient.
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