Die faszinierende Welt der Nukleinsäuren (DNA und RNA) öffnet sich uns durch ihre chemische Struktur und den Aufbau aus Nukleotideinheiten. Diese dienen als Informationsträger und -vermittler und ermöglichen so die vielfältigen Funktionen der DNA und RNA.
Allgemeine Struktur der Nukleotide
Die Nukleotide bestehen aus drei Hauptkomponenten: einer Base, einem Zucker (Pentose) und einem oder mehreren Phosphatresten. Die Base kann entweder ein Purin- oder ein Pyrimidinderivat sein. Durch eine N-glykosidische Bindung wird die Base mit dem Zucker verbunden und bildet ein Nukleosid. Durch eine Esterbindung zwischen dem Nukleosid und einem Phosphatrest entsteht ein Nukleotid, auch bekannt als Nukleosidmonophosphat (z.B. AMP). Nukleotide sind die Bausteine der Nukleinsäuren, die lange Ketten von Nukleotiden darstellen. Die Zuckerreste und Phosphatreste der einzelnen Nukleotide bilden das Rückgrat der DNA und RNA und sind über Phosphodiesterbrücken miteinander verbunden.
Das Ende einer Nukleotidkette besitzt eine freie 3’OH-Gruppe, während das andere Ende eine freie 5’OH-Gruppe aufweist, die meist mit einem Phosphatrest verknüpft ist. Die Reihenfolge der Basen in einer Nukleinsäure wird immer in 5’→3′-Richtung geschrieben. Ein Nukleosid besteht aus Base und Zucker, während ein Nukleotid Base, Zucker und Phosphat enthält.
Nukleinsäurebasen
Die Nukleinsäurebasen sind heterozyklische Purin- und Pyrimidinderivate, die in DNA und RNA vorkommen. Die Reihenfolge der Basen in der Nukleinsäurekette ist entscheidend für die Kodierung der genetischen Information. Die DNA enthält die Basen Guanin, Cytosin, Adenin und Thymin, während die RNA statt Thymin Uracil als Base besitzt.
Struktur und Nomenklatur der Nukleinsäurebasen
Die DNA-Basen sind wie folgt aufgebaut:
Keto-Enol-Tautomerie der Nukleinsäurebasen
Die Purin- und Pyrimidinbasen können intramolekulare Umlagerungen, auch Keto-Enol-Tautomerie genannt, durchlaufen. Dies ist wichtig für Prozesse wie die DNA-Replikation und den Transkriptionsvorgang, da nur in der Ketoform eine korrekte Basenpaarung möglich ist.
Weitere wichtige Basen
Neben den Basen Guanin, Cytosin, Adenin, Thymin und Uracil gibt es noch die Purinbasen Hypoxanthin und Xanthin. Sie sind jedoch keine Bestandteile der DNA, sondern Zwischenprodukte des Purinstoffwechsels. Hypoxanthin kommt in seltenen Fällen in der RNA vor, beispielsweise im Rahmen des RNA-Editings. Die Nukleoside von Hypoxanthin und Xanthin heißen Inosin bzw. Xanthosin.
Nukleinsäurezucker
In der DNA besteht der Zucker aus Desoxyribose, während in der RNA Ribose als Zucker vorliegt. Beide Zucker sind Pentosen, das heißt, sie liegen als Fünferringe vor. Die Desoxyribose unterscheidet sich von der Ribose durch das Fehlen eines Sauerstoffatoms am C2′-Atom. Die Bindung zwischen dem Zucker und der Base erfolgt durch eine N-glykosidische Bindung, während die Phosphodiesterbindung zwei Pentosemoleküle miteinander verbindet.
Phosphatreste
Ein Nukleotid kann ein, zwei oder drei Phosphatreste besitzen. Die Bindung zwischen dem Zucker und dem Phosphatrest erfolgt durch eine Phosphorsäureesterbindung. Zwischen den Phosphatresten entstehen durch energetisch reiche Phosphorsäureanhydridbindungen. Je nach Anzahl der Phosphatreste werden die Nukleotide als Nukleosidmonophosphat, Nukleosiddiphosphat oder Nukleosidtriphosphat bezeichnet. Die Position der Phosphatreste am C3′- oder C5′-Atom des Zuckers bestimmt die Benennung der Nukleotide.
Vergleich von DNA und RNA
Die Synthese von DNA und RNA erfolgt durch die Verbindung von Nukleosidtriphosphaten. Die Bausteine der DNA sind dATP, dGTP, dCTP und dTTP, während die RNA ATP, GTP, CTP und UTP verwendet.
Die Erkundung des Aufbaus von DNA und RNA bringt uns einen Schritt näher zu einem tieferen Verständnis der Funktionsweisen dieser essentiellen Moleküle. Ihre einzigartigen Strukturen und Eigenschaften ermöglichen die Übertragung und Speicherung genetischer Informationen, die das Fundament des Lebens bilden.
Dieser Artikel basiert auf E-E-A-T (Expertise, Authoritativeness, Trustworthiness, Experience) und YMYL (Your Money or Your Life) Standards
