How big is DNS?

DNS, kurz für Desoxyribonukleinsäure, ist das Molekül, das in lebenden Zellen die Erbinformation speichert und weitergibt. Sie hat die Form einer zu einer Spirale verdrehten Leiter, eine sogenannte Doppelhelix, und diese Helix ist etwa 2 Nanometer breit. Ein Nanometer ist ein Milliardstel eines Meters.

Größe

Mit der Größe der DNS ist meist die Breite ihrer Doppelhelix gemeint, gemessen quer über beide verdrehten Stränge. Jeder Strang ist eine Kette kleiner Bausteine, die Nukleotide genannt werden. Die beiden Stränge werden durch Paare chemischer Basen zusammengehalten, die die Sprossen der Leiter bilden.

Die in Zellen häufigste Form der DNS, B-DNS genannt, ist 1,9–2 Nanometer breit. Benachbarte Basenpaare liegen 0,34 Nanometer auseinander entlang der Helix, und die Helix vollzieht etwa alle 10 Basenpaare, also alle 3,4 Nanometer, eine volle Windung. Die DNS kommt außerdem in zwei viel selteneren Formen vor, A-DNS und Z-DNS genannt, die anders verdrillt sind.

Die Länge der DNS hängt vom jeweiligen Molekül ab. Das menschliche Chromosom 22, eines der kleinsten, ist ein einzelnes DNS-Molekül aus etwa 48 Millionen Basenpaaren. Ausgestreckt wäre es etwa 1,5 Zentimeter lang.

Größenvergleiche

• Etwa 40.000–50.000 DNS-Doppelhelices, nebeneinandergelegt, würden die Breite eines menschlichen Haars ergeben.
• Die Lipiddoppelschicht, aus der Zellmembranen bestehen, ist etwa 5 Nanometer dick, zweieinhalbmal so breit wie die DNS.
• Ein Goldatom hat einen Durchmesser von etwa einem Drittel Nanometer, sodass die DNS etwa sechs Goldatome breit ist.
• Wäre die DNS auf die Breite eines menschlichen Haars vergrößert, würde sie sich in einer einzelnen menschlichen Zelle über etwa 100 Kilometer erstrecken. Sie wäre in einen Zellkern mit einem Durchmesser von etwa 30 Zentimetern gepackt.

Wie viel DNS eine Zelle enthält

Eine typische menschliche Zelle enthält etwa 2 Meter DNS, aneinandergereiht. Doch der Zellkern, der sie enthält, hat nur einen Durchmesser von etwa 6 Mikrometern. Ein Mikrometer ist ein Millionstel eines Meters. Die DNS ist mehr als 300.000-mal so lang wie der Zellkern breit ist.

Das menschliche Genom, die Gesamtheit der menschlichen DNS, umfasst etwa 3,2 Milliarden Nukleotide. Es ist auf 24 verschiedene Chromosomen verteilt. Jedes Chromosom ist ein einziges, sehr langes DNS-Molekül, das an Proteine gebunden ist, die es falten und zu einer kompakten Form packen.

Wie die Doppelhelix entdeckt wurde

James Watson und Francis Crick, die an der University of Cambridge in England arbeiteten, beschrieben die Doppelhelix im Jahr 1953. Ihr Modell zeigte, wie sich die Basen paaren: Adenin mit Thymin und Cytosin mit Guanin. Es deutete auch darauf hin, wie die DNS kopiert werden könnte.

Röntgenbeugung half dabei, die Struktur aufzudecken. Mit dieser Methode lässt sich die Form eines Moleküls aus dem Muster ermitteln, das Röntgenstrahlen beim Streuen an ihm erzeugen. Rosalind Franklin untersuchte die DNS auf diese Weise, und auch Maurice Wilkins arbeitete an ihrer Struktur. Das Röntgenmuster zeigte den regelmäßigen Abstand von 0,34 Nanometern zwischen den Basen.

Watson, Crick und Wilkins erhielten 1962 gemeinsam einen Nobelpreis. Franklin war zu diesem Zeitpunkt bereits verstorben, und Nobelpreise werden nicht posthum verliehen.

Quellen

• Biochemistry, DNA Structure. StatPearls, NCBI Bookshelf, 2023.
• DNA Structure and Sequencing. Biology 2e, OpenStax, 2018.
• Chromosomal DNA and Its Packaging in the Chromatin Fiber. Molecular Biology of the Cell, 4th edition, Garland Science, 2002.
• Membrane Structure. Molecular Biology of the Cell, 4th edition, Garland Science, 2002.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.