Der Code des Lebens: DNA (DNS)

Zellteilung

Teilt sich eine Körperzelle, trennt sich die DNA-Leiter in der Mitte der Sprossen zwischen den beiden Nukleotidbasen auf, und an den Bruchstücken lagern sich frei vorhandene Nukleotidbasen an. Der österreichisch-amerikanische Biochemiker Erwin Chargaff beobachtete 1944, dass sich dabei nur Adenin und Thymin bzw. Guanin und Zytosin zu einer Leitersprosse paaren. Auf diese Weise entstehen zwei komplette Kopien der ursprünglichen Leiter, und jede der neuen Zellen weist die gleiche genetische Anlage auf.

Körperzellen

Zellen sind die kleinsten eigenständig lebensfähigen Einheiten. Durch eine äußere Membran sind sie zwar von der Umwelt abgegrenzt, aber zugleich in der Lage, durch den Stoffwechsel mit der Umgebung einen inneren Gleichgewichtszustand mehr oder weniger lange auszubalancieren. Der Aufbau und die Funktion der Zellen konnten mit Elektronenmikroskopen zunehmend aufgehellt werden. Wesentliche Einblicke verdanken wir den Belgiern Albert Claude und Christian de Duve, vor allem aber George E. Palade, einem amerikanischen Biologen rumänischer Herkunft. Alle drei wurden dafür 1974 mit dem Nobelpreis geehrt.

Ribosom, RNS, Aminosäuren, Proteine

George E. Palade war es auch, der einen wesentlichen Bestandteil der Körperzelle entdeckte: das Ribosom. Wie in den Ribosomen Proteine aufgebaut werden, beschrieb der Amerikaner Marshall W. Nirenberg 1961. Bei den Proteinen handelt es sich um Kettenmoleküle aus Aminosäuren. Das hatte Linus C. Pauling um 1950 erkannt. Viele Proteine bilden stützendes Körpergewebe; andere – die wir als Enzyme bezeichnen – sind an den Vorgängen in den Zellen maßgeblich beteiligt. Definiert werden sie zuallererst durch die Abfolge der Aminosäuren, also durch einen weiteren Code – wobei es allerdings nicht nur vier, sondern zwanzig verschiedene Kettenglieder gibt. Die Information über die jeweilige Sequenz der Aminosäuren ist in der DNA gespeichert. Wie gelangt sie zu den Ribosomen? Das Medium für diesen Transfer stellt die Ribonukleinsäure (RNS; englisch: RNA) dar. Das RNS-Molekül ähnelt dem der DNA, aber es ist wesentlich kürzer und formt nur eine einfache Spirale. Es bildet sich unter dem Einfluss von Enzymen wie ein Abdruck an den zerbrochenen Sprossen eines DNA-Leiter-Abschnitts. Jeweils drei aufeinander folgende Glieder des RNS-Moleküls (Triplets) codieren eine Aminosäure (Marshall Nirenberg, 1963). "Interpunktionen" markieren Anfang und Ende eines Schrittes. Nach diesem Programm bildet sich schließlich in den Ribosomen die Aminosäuresequenz eines Proteins. Julius T. Fraser assoziierte damit die Transkription in der Musik. Douglas R. Hofstadter wählte ein ähnliches Bild: Er verglich das Ribosom mit dem Tonkopf eines Tonbandgerätes und den RNS-Strang mit dem Tonband: Magnetspuren, Töne und Musik entsprechen also Nukleotidbasen-Code, Aminosäuren und Proteinen.

Ribosome bestehen aus Proteinen und erzeugen Proteine. Was war zuerst? Bestimmte Enzyme steuern die Proteinsynthese. Dabei kopieren sie u. a. auch die Gene, die das Programm ihrer eigenen Synthese enthalten. Ein Programm reproduziert sich selbst. Ist das nicht eine "seltsame Schleife" wie Maurits Cornelius Eschers Lithographie "Zeichnen" aus dem Jahr 1948, auf der zwei Hände zu sehen sind, die sich gegenseitig zeichnen?

Wie gesagt: Die Struktur eines DNA-Abschnitts codiert ein RNS-Molekül. Wenn wir aus den Buchstaben des DNA-Codes Wörter mit jeweils drei Buchstaben bilden, lesen wir Folgen von Aminosäuren ab. Auf der nächst höheren Betrachtungsebene stoßen wir auf Gene bzw. Proteine. "Zur Zeit ist das die höchste Ebene, auf der wir die DNA verstehen können. Indessen gibt es mit Sicherheit höhere Bedeutungsebenen der DNA, die schwieriger zu erkennen sind." (Douglas R. Hofstadter)