Von der einzelnen Bakterienzelle bis zu den Billionen von Menschen bilden Zellen, die oft als „Bausteine des Lebens“ bezeichnet werden, alle Lebewesen. Jede dieser Zellen ist eine diskrete Struktur, die von einer Zellmembran umgeben und mit einer dicken Lösung namens Zytoplasma gefüllt ist. In menschlichen Zellen befindet sich die meiste DNA in einem Bereich innerhalb der Zelle, der als Zellkern bezeichnet wird. Sie wird als Kern-DNA bezeichnet.

Neben der Kern-DNA findet sich beim Menschen und anderen komplexen Organismen auch eine kleine Menge DNA in den Mitochondrien. Diese DNA wird als mitochondriale DNA (mtDNA) bezeichnet. Die meisten Pflanzen haben einen DNA-Satz in ihren Chloroplasten, der Chloroplasten-DNA (cpDNA) genannt wird. Der vollständige Satz der DNA wird als Genom bezeichnet.

Wo befindet sich die DNA in einer eukaryotischen Zelle?

Zellen lassen sich grob in zwei verschiedene Typen einteilen: Zellen in Prokaryoten (prokaryotische Zellen) und Zellen in Eukaryoten (eukaryotische Zellen). Prokaryoten sind in der Regel einzellig und haben keinen membranumschlossenen Zellkern und keine anderen membranumschlossenen Strukturen, die Organellen genannt werden. Sie umfassen zwei verschiedene Gruppen: Bakterien und Archaeen.

Eukaryoten können einzellig oder vielzellig sein. Im Gegensatz zu prokaryotischen Zellen haben eukaryotische Zellen einen Zellkern und andere Organellen. Eukaryoten umfassen ein breites Spektrum von Organismen, von Pilzen bis zu Pflanzen und Tieren.

In prokaryotischen Zellen befindet sich die DNA meist in einem zentralen Teil der Zelle, dem so genannten Nukleoid, das nicht von einer Kernmembran umgeben ist. Der größte Teil des genetischen Materials in den meisten Prokaryonten hat die Form eines einzelnen zirkulären DNA-Moleküls, des Chromosoms.

Außerdem enthalten viele Prokaryonten auch kleine zirkuläre DNA-Moleküle, die Plasmide genannt werden. Diese unterscheiden sich von ihrer chromosomalen DNA und können in bestimmten Umgebungen bestimmte Vorteile bieten, wie z. B. die Resistenz gegen Antibiotika.

In eukaryotischen Zellen befindet sich die meiste DNA im Zellkern (obwohl einige DNA auch in anderen Organellen enthalten ist, wie z. B. in den Mitochondrien und dem Chloroplasten in Pflanzen). Die Kern-DNA ist in linearen Molekülen, den Chromosomen, organisiert.

Die Größe und Anzahl der Chromosomen variiert erheblich zwischen den Arten. Die Fruchtfliege (Drosophila) hat zum Beispiel 4 Chromosomen, während die Kröte (Xenopus laevis) 18 Chromosomen hat. Beim Menschen haben die meisten Zellen typischerweise 46 Chromosomen oder 23 Paare. Zu den Ausnahmen gehören reife rote Blutkörperchen, die keine DNA enthalten, sowie Spermien und Eizellen, die 23 ungepaarte Chromosomen haben.

Chromosomen bestehen aus einem einzigen DNA-Molekül, das um ein kleines, spulenartiges Protein namens Histon gewickelt ist. Die Umhüllung der DNA um ein Histon ist wichtig, da sonst die meisten DNA-Moleküle nicht in das Innere der Zellen passen würden.

Beim Menschen zum Beispiel wäre die Gesamtlänge der DNA in einer Zelle, wenn man die DNA-Moleküle Ende an Ende abwickeln und ausstrecken würde, über zwei Meter lang. Aber diese Menge an DNA muss in den Zellkern passen, der nur einen Durchmesser von fünf bis zehn μm hat. Das bedeutet, dass die gesamte DNA in den Kern einer menschlichen Zelle passt, als würde man 24 Meilen (etwa 40 km) eines sehr dünnen Fadens in einen Tennisball packen!

Welche Funktion hat die DNA in einer Zelle?

Die Hauptfunktion der DNA in einer Zelle besteht darin, die genetische Information zu speichern, die es einem Organismus ermöglicht, sich zu entwickeln, zu funktionieren und sich zu vermehren. Die in der DNA kodierten Informationen können von einer Generation zur nächsten weitergegeben werden und dienen als biologische Gebrauchsanweisung, die jeden Organismus einzigartig macht.

Um den Anweisungen in der DNA zu folgen, muss eine Zelle zunächst ein Gen in eine Form von RNA, die so genannte Boten-RNA (mRNA), kopieren. Dieser Vorgang wird als Transkription bezeichnet. In vielen Fällen muss die in der DNA enthaltene Information in ein Protein übersetzt werden, damit die Anweisungen ausgeführt werden können, denn Proteine übernehmen den größten Teil der Arbeit in den Zellen und führen eine Vielzahl wichtiger Funktionen aus.