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Fokus Nachhilfe

DNA: Aufbau und Replikation

Die DNA speichert die Erbinformation als Folge von vier Basen, die sich paarweise zu einer Doppelhelix verbinden. Vor jeder Zellteilung wird sie kopiert: Jede neue DNA hat einen alten und einen neuen Strang.

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  • 1. Jahr Gymnasium - 2. Jahr Gymnasium
  • Gymnasium
Zwei Jugendliche betrachten im Biologiezimmer ein buntes Modell der DNA-Doppelhelix, daneben steht ein Mikroskop.
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Das musst du wissen

Erklärung

Die DNA ist das Molekül, in dem die Erbinformation jeder steckt. Sie besteht aus zwei Strängen, deren Basen sich fest paaren: A mit T, G mit C. Vor jeder Zellteilung wird die DNA kopiert. Das nennt man Replikation.

Was die DNA ist

DNA steht für Desoxyribonukleinsäure. Sie enthält die Bauanleitungen für die Proteine. Ein Abschnitt mit einer Anleitung heisst .

Bei Pflanzen, Tieren und Pilzen liegt die DNA im , aufgewickelt in . Ein kleiner Teil liegt in den .

Bakterien haben keinen Zellkern; ihre DNA liegt frei im .

MerkeEin Gen ist ein Abschnitt der DNA, meist mit der Bauanleitung für ein Protein.

Die Bausteine: Nukleotide

Die DNA ist eine lange Kette aus Nukleotiden. Jedes Nukleotid hat drei Teile: eine Phosphatgruppe, den Zucker Desoxyribose und eine Base.

Es gibt vier Basen: Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C). Zucker und Phosphat wechseln sich ab und bilden das Rückgrat des Strangs. Die Basen zeigen nach innen.

MerkeNukleotid = Phosphatgruppe + Zucker + Base.

Basenpaarung und Doppelhelix

Zwei Stränge sind über ihre Basen verbunden. Dabei passt immer A zu T und G zu C: Die Basen sind komplementär. A und T halten mit zwei Wasserstoffbrücken zusammen, G und C mit drei.

Die beiden Stränge sind schraubenförmig umeinander gedreht. Diese Form heisst Doppelhelix.

MerkeA mit T, G mit C.

Die Richtung: 5'- und 3'-Ende

Jeder Strang hat eine Richtung mit einem 5'-Ende und einem 3'-Ende (gesprochen «fünf Strich» und «drei Strich»). Die Zahlen bezeichnen Kohlenstoffatome im Zucker.

Die Stränge laufen gegenläufig, also antiparallel. Gegenüber von 5'-ATGC-3' steht darum 3'-TACG-5'.

MerkeGegenstrang: jede Base durch ihren Partner ersetzen und die Enden vertauschen.

Die Replikation

In der vor der Zellteilung wird die DNA verdoppelt. Die Helikase trennt die Stränge und löst dabei die Wasserstoffbrücken. Wo sie die Doppelhelix öffnet, liegt die Replikationsgabel.

Jeder alte Strang ist eine Vorlage: Die DNA-Polymerase setzt die passenden Nukleotide gegenüber. Jede neue DNA hat so einen alten und einen neuen Strang.

MerkeHalb alt, halb neu: Die Replikation ist semikonservativ.

Leitstrang und Folgestrang

Die DNA-Polymerase baut nur von 5' nach 3'. Als Start braucht sie einen RNA-Primer, an dessen 3'-Ende sie anhängt.

Die Stränge sind antiparallel. Darum zeigt die Baurichtung am Leitstrang zur Replikationsgabel: Er entsteht in einem Stück.

Am Folgestrang zeigt sie von der Gabel weg. Dort entstehen kurze Okazaki-Fragmente, die die Ligase verknüpft.

MerkeZeigt die Baurichtung zur Gabel: Leitstrang in einem Stück. Zeigt sie weg: Folgestrang in Stücken.

DNA: Aufbau und Replikation: Übersicht mit Was die DNA ist; Die Bausteine: Nukleotide; Basenpaarung und Doppelhelix; Die Richtung: 5'- und 3'-Ende; Die Replikation.
DNA: Aufbau und Replikation auf einen Blick: die wichtigsten Regeln.

Häufige Fehler

  • ✕A paart mit G, und T paart mit C.

    ✓A paart immer mit T, G immer mit C. Dabei liegt stets eine grosse Base (A oder G) einer kleinen (T oder C) gegenüber.

  • ✕Der Gegenstrang zu 5'-ATGC-3' ist 5'-TACG-3'.

    ✓Die Stränge sind antiparallel: Gegenüber steht 3'-TACG-5'. Von 5' nach 3' gelesen heisst er 5'-GCAT-3'.

  • ✕Bei der Replikation entsteht eine ganz neue DNA, und die alte bleibt als Ganzes erhalten.

    ✓Jede der beiden neuen DNA enthält einen alten und einen neuen Strang (semikonservativ).

  • ✕In der DNA kommt die Base Uracil vor.

    ✓Uracil gibt es nur in der RNA. In der DNA steht an seiner Stelle Thymin.

Begriffe zum Nachschlagen
Nukleotid
Baustein der DNA aus Phosphatgruppe, Zucker (Desoxyribose) und einer der Basen A, T, G oder C.
Basenpaarung
Die Basen zweier Stränge passen nur paarweise zusammen: A mit T, G mit C. Solche Partner heissen komplementär.
Doppelhelix
Die Form der DNA: zwei Stränge, die schraubenförmig umeinander gedreht sind.
Replikation
Das Verdoppeln der DNA vor einer Zellteilung.
semikonservativ
Halb erhaltend: Jede neue DNA besteht aus einem alten und einem neuen Strang.
Helikase
Enzym, das die Doppelhelix öffnet und die beiden Stränge trennt.
Replikationsgabel
Die Stelle, an der die Helikase die Doppelhelix gerade öffnet. Sie wandert bei der Replikation den Strang entlang.
DNA-Polymerase
Enzym, das zu jedem Nukleotid des alten Strangs das passende neue anhängt, immer am 3'-Ende.
Leitstrang
Der neue Strang, der bei der Replikation in einem Stück entsteht, weil seine Baurichtung zur Replikationsgabel zeigt.
Folgestrang
Der neue Strang, dessen Baurichtung von der Replikationsgabel wegzeigt. Er entsteht in kurzen Stücken (Okazaki-Fragmenten), die danach verknüpft werden.

Noch unsicher? Zuerst lernen:Zelle: Aufbau und Zellorganellen

So geht's

Beispiele Schritt für Schritt

Beispiel 1Den Gegenstrang schreiben

Ein DNA-Strang lautet 5'-ATTGCAC-3'. Schreib den Gegenstrang mit seinen Enden.

Lösung Schritt für Schritt
  1. Ersetze jede Base durch ihren Partner: A durch T, T durch A, G durch C, C durch G.
  2. Die Stränge laufen antiparallel. Gegenüber dem 5'-Ende steht also das 3'-Ende.
  3. Willst du den Gegenstrang von 5' nach 3' lesen, schreibst du ihn rückwärts: 5'-GTGCAAT-3'.

Gegenstrang: 3'-TAACGTG-5', von 5' nach 3' gelesen 5'-GTGCAAT-3'.

Beispiel 2Basenanteile berechnen

In einer DNA-Probe sind 22 % der Basen Guanin. Wie gross sind die Anteile von Cytosin, Adenin und Thymin?

Lösung Schritt für Schritt
  1. Jedes Guanin hat ein Cytosin als Partner. Darum gibt es gleich viel Cytosin: 22 %.
  2. G und C machen zusammen 44 % aus. Für A und T bleibt der Rest.100 %−2·22 %=56 %
  3. A und T sind ebenfalls Partner, also gleich häufig: je die Hälfte von 56 %.56 %:2=28 %

Cytosin 22 %, Adenin 28 %, Thymin 28 %.

Beispiel 3DNA aus Erdbeeren

Eine Schülerin mit Schutzbrille hält im Biologiezimmer ein Glas mit Erdbeerbrei, darüber schweben feine weisse Fäden.

Im Biologie-Praktikum in Chur gewinnt Lea DNA aus Erdbeeren. Sie zerdrückt die Früchte, gibt Wasser mit Spülmittel und Salz dazu, filtert und giesst vorsichtig eiskalten Alkohol darüber. Bald steigen weisse Fäden auf. Wozu dienen die Schritte, und was sind die Fäden?

Lösung Schritt für Schritt
  1. Das Zerdrücken bricht das Gewebe auf, sodass das Spülmittel an die Zellen kommt.
  2. Das Spülmittel löst die und die Hülle des Zellkerns. So gelangt die DNA ins Wasser.
  3. Das Salz schirmt die negativen Ladungen der Phosphatgruppen ab. Die DNA-Stränge stossen sich weniger ab und können sich zusammenlagern.
  4. In kaltem Alkohol löst sich DNA nicht. Sie fällt aus und sammelt sich an der Grenze zwischen den Schichten.
  5. Ein einzelnes DNA-Molekül ist viel zu dünn, um es zu sehen. Die Fäden sind unzählige DNA-Moleküle aus vielen Zellen.

Zerdrücken und Spülmittel öffnen Zellen und Zellkerne, Salz und kalter Alkohol lassen die DNA ausfallen. Die weissen Fäden sind verklumpte DNA aus vielen Zellen.

Beispiel 4Semikonservativ: zwei Teilungen verfolgen

Bakterien wachsen lange mit schwerem Stickstoff (), ihre DNA ist ganz «schwer». Danach bekommen sie nur noch leichten Stickstoff () und teilen sich zweimal. Wie viele DNA-Moleküle sind danach halb schwer, wie viele ganz leicht?

Lösung Schritt für Schritt
  1. Am Anfang gibt es eine DNA mit zwei schweren Strängen.
  2. Erste Replikation: Jeder schwere Strang bekommt einen neuen, leichten Partner. Es entstehen 2 DNA, beide halb schwer.
  3. Zweite Replikation: Aus 2 DNA werden 4. Die zwei schweren Stränge stecken in je einer DNA, die anderen zwei DNA bestehen nur aus leichten Strängen.
  4. Genau dieses Ergebnis fanden Meselson und Stahl 1958. Es zeigte, dass die Replikation semikonservativ ist.

Von 4 DNA-Molekülen sind 2 halb schwer und 2 ganz leicht.

Jetzt du

Übungen mit Lösungen

Fang beim Einstieg an. Klapp die Lösung erst auf, wenn du selbst gerechnet hast. Steckst du fest, gibt Fox dir einen Tipp.

  1. 1

    Aus welchen drei Teilen besteht ein Nukleotid der DNA?

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    Ergebnis: Phosphatgruppe, Zucker (Desoxyribose) und eine Base

    1. Das Rückgrat des Strangs bilden Zucker und Phosphat.
    2. An jedem Zucker hängt eine der vier Basen A, T, G oder C.
  2. 2

    Welche Base paart in der DNA mit Guanin?

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    Ergebnis: Cytosin

    1. Es gilt: A mit T, G mit C.
    2. Also ist Cytosin der Partner von Guanin.
  3. 3

    Schreib den Gegenstrang zu 5'-GATTACA-3' mit seinen Enden.

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    Ergebnis: 3'-CTAATGT-5'

    1. Jede Base durch ihren Partner ersetzen: G→C, A→T, T→A, T→A, A→T, C→G, A→T.
    2. Die Enden vertauschen: Gegenüber dem 5'-Ende steht das 3'-Ende.
  4. 4

    Wofür steht die Abkürzung DNA?

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    Ergebnis: Desoxyribonukleinsäure (englisch deoxyribonucleic acid)

    1. Die Abkürzung kommt aus dem Englischen: deoxyribonucleic acid.
    2. Auf Deutsch heisst das Desoxyribonukleinsäure, abgekürzt auch DNS.
  5. 5

    Wo liegt die DNA in einer Zelle aus deiner Mundschleimhaut?

    Lösung zeigen

    Ergebnis: Im Zellkern, verpackt in Chromosomen; ein kleiner Teil auch in den Mitochondrien

    1. Menschliche Zellen haben einen Zellkern.
    2. Darin liegt fast die ganze DNA, aufgewickelt in Chromosomen.
    3. Die Mitochondrien haben zusätzlich eine kleine eigene DNA.
  1. 6

    Eine DNA enthält 31 % Adenin. Wie viel Prozent Guanin enthält sie?

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    Ergebnis: 19 % Guanin

    1. Thymin ist gleich häufig wie Adenin: 31 %.
    2. A und T zusammen: 62 %. Für G und C bleiben 38 %.
    3. G und C sind gleich häufig: 38 % : 2 = 19 %.
  2. 7

    Ein DNA-Abschnitt hat 10 Basenpaare: 4 sind A-T-Paare, 6 sind G-C-Paare. Wie viele Wasserstoffbrücken halten die Stränge zusammen?

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    Ergebnis: 26 Wasserstoffbrücken

    1. Ein A-T-Paar hat 2, ein G-C-Paar 3 Wasserstoffbrücken.
    2. ​4·2+6·3=8+18=26
  3. 8

    Warum nennt man die Replikation semikonservativ?

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    Ergebnis: Weil jede neue DNA einen alten und einen neuen Strang enthält.

    1. Die Helikase trennt die beiden alten Stränge.
    2. Jeder alte Strang dient als Vorlage für einen neuen.
    3. Jede der beiden DNA ist also halb alt und halb neu.
  4. 9

    Welche Aufgabe hat bei der Replikation die Helikase, welche die DNA-Polymerase?

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    Ergebnis: Die Helikase trennt die Stränge, die DNA-Polymerase baut die neuen Stränge.

    1. Die Helikase öffnet die Doppelhelix und löst die Wasserstoffbrücken.
    2. Die DNA-Polymerase setzt zu jeder Base des alten Strangs das passende Nukleotid.
  5. 10

    In welche Richtung wächst ein neuer DNA-Strang, und warum?

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    Ergebnis: Von 5' nach 3', weil die DNA-Polymerase nur am 3'-Ende anhängen kann.

    1. Die DNA-Polymerase hängt jedes neue Nukleotid an das 3'-Ende des wachsenden Strangs.
    2. Der Strang wird also am 3'-Ende länger und wächst von 5' nach 3'.
  1. 11

    Warum entstehen Okazaki-Fragmente nur am Folgestrang?

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    Ergebnis: Weil dort die Baurichtung von 5' nach 3' von der Replikationsgabel wegzeigt.

    1. Die DNA-Polymerase baut nur von 5' nach 3'.
    2. Am Leitstrang zeigt diese Richtung zur Replikationsgabel; der Strang wächst der Öffnung nach.
    3. Am Folgestrang zeigt sie von der Gabel weg. Die Polymerase muss immer wieder neu ansetzen und baut kurze Stücke.
  2. 12

    Zwei gleich lange DNA-Stücke werden erwärmt, bis sich die Stränge trennen. Stück A hat 30 % G+C, Stück B 60 % G+C. Welches braucht die höhere Temperatur?

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    Ergebnis: Stück B mit 60 % G+C

    1. G-C-Paare haben drei Wasserstoffbrücken, A-T-Paare nur zwei.
    2. Stück B hat mehr G-C-Paare und damit mehr Brücken.
    3. Es hält fester zusammen und trennt sich erst bei höherer Temperatur.
  3. 13

    Lies den Gegenstrang zu 5'-GAATTC-3' von 5' nach 3'. Was fällt dir auf?

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    Ergebnis: 5'-GAATTC-3': Der Gegenstrang lautet von 5' nach 3' gelesen genau gleich wie der Ausgangsstrang.

    1. Jede Base durch ihren Partner ersetzen: G→C, A→T, A→T, T→A, T→A, C→G. Gegenstrang: 3'-CTTAAG-5'.
    2. Von 5' nach 3' gelesen, also rückwärts: 5'-GAATTC-3'.
    3. Beide Stränge lauten in ihrer eigenen 5'-3'-Richtung gleich.
  4. 14

    Eine ganz schwere DNA () wird dreimal in leichtem Stickstoff () repliziert. Wie viele DNA-Moleküle entstehen, und wie viele davon sind halb schwer?

    Lösung zeigen

    Ergebnis: 8 DNA-Moleküle, davon 2 halb schwer und 6 ganz leicht

    1. Jede Replikation verdoppelt die Zahl: 1 → 2 → 4 → 8.
    2. Die zwei schweren Stränge vom Anfang bleiben erhalten und stecken in je einer DNA.
    3. Also sind 2 DNA halb schwer und 6 ganz leicht.
  5. 15

    Ein DNA-Doppelstrang hat 1'000 Basenpaare und enthält 300 Adenin-Nukleotide. Wie viele Guanin-Nukleotide enthält er?

    Lösung zeigen

    Ergebnis: 700 Guanin-Nukleotide

    1. 1'000 Basenpaare sind 2'000 Nukleotide.
    2. Thymin ist gleich häufig wie Adenin: zusammen 600.
    3. Für G und C bleiben 1'400, also je 700.

Stockt es bei Replikation, Leitstrang und Folgestrang, geht eine Lehrperson die Schritte mit dir an Skizzen durch, bis du sie selbst erklären kannst. Biologie-Nachhilfe für das Gymnasium

Üben ohne Ende

Trainer: DNA, Aufbau und Replikation

So funktioniert der Trainer

Immer neue Fragen zur DNA: Du klickst die richtige Antwort an. Stufe 1 übt die Bausteine, Stufe 2 Gegenstrang und Basenanteile, Stufe 3 die Replikation.

Welche Base paart in der DNA mit Adenin?

Löse die Aufgabe und drück «Prüfen» (oder Enter).

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Für Eltern und Lehrpersonen

Einordnung

Typische Klasse
1. Jahr Gymnasium - 2. Jahr Gymnasium
Stufe
Gymnasium
Fach
Biologie

Am Gymnasium meist im 1. oder 2. Jahr in Biologie, als Grundlage für Zellteilung und Vererbung. Einen ersten Blick auf die DNA gibt es oft schon in der Sek.

Gut zu wissen

Häufige Fragen

Was ist der Unterschied zwischen DNA und RNA?

Beide sind Nukleinsäuren, also Ketten aus Nukleotiden. Die RNA hat den Zucker Ribose statt Desoxyribose und die Base Uracil statt Thymin. Ausserdem ist sie meist einzelsträngig, die DNA doppelsträngig.

Wer hat die Doppelhelix der DNA entdeckt?

James Watson und Francis Crick beschrieben 1953 das Modell der Doppelhelix. Sie stützten sich dabei auf Röntgenaufnahmen von Rosalind Franklin und Maurice Wilkins.

Wie viel DNA steckt in einer menschlichen Zelle?

Ein Zellkern enthält 46 Chromosomen mit zusammen rund 6 Milliarden Basenpaaren. Ausgestreckt wäre diese DNA etwa 2 Meter lang, sie ist aber eng aufgewickelt.

In welcher Klasse lernt man den Aufbau der DNA?

Einen ersten Blick auf die DNA gibt es oft schon in der Sek. Aufbau und Replikation im Detail kommen meist im 1. oder 2. Jahr am Gymnasium, je nach Schule und Schwerpunkt.

Stand 08.11.2026. Alle Erklärungen und Aufgaben hat Fokus Nachhilfe selbst geschrieben, nach dem Lehrplan 21 der Deutschschweiz. Trainer und Lösungen rechnet ein Programm, nicht eine KI. Fehler gefunden?