Grundlagen der Nukleinsäuren und Nukleotide
Die Bedeutung der Nukleinsäuren
Die Nukleinsäuren enthalten die notwendigen Anweisungen für die Prozesse des Lebens und sind für alle grundlegenden Funktionen von Lebewesen verantwortlich. Sie sind vererblich und besitzen die Eigenschaft der Selbstvervielfältigung. Zudem sind sie stabil, enthalten das Erbgut der Lebewesen, können Veränderungen (Mutation und Rekombination) erfahren und produzieren verschiedene Moleküle.
Aufbau der Nukleotide
Nukleotide sind die Einheiten, aus denen Nukleinsäuren gebildet werden. Sie bestehen aus einer Pentose, einer stickstoffhaltigen Base und einer oder mehreren Phosphatgruppen. Sowohl die Stickstoffbase als auch die Phosphatgruppen sind an die Pentose gebunden, welche immer eine Aldopentose ist.
Die Basen können von zweierlei Art sein: Purine (abgeleitet vom Purin) oder Pyrimidine (abgeleitet vom Pyrimidin). Es existieren verschiedene stickstoffhaltige Basen: Adenin und Guanin (abgeleitet vom Purin) sowie Cytosin, Thymin und Uracil (abgeleitet vom Pyrimidin).
Arten von Nukleosiden
Die Verbindung aus Pentose und der stickstoffhaltigen Base wird als Nukleosid bezeichnet. Davon gibt es verschiedene Arten:
- RNA: Adenosin, Guanosin, Cytidin, Uridin.
- DNA: Desoxyadenosin, Desoxyguanosin, Desoxycytidin, Desoxythymidin.
Die Bedeutung von Nukleotiden
Einige Nukleotide mit mehr als einer Phosphatgruppe fungieren als Energielieferanten. Wenn Energie verfügbar ist, wird ein Molekül Adenosindiphosphat (ADP) genutzt, um eine dritte Phosphatgruppe an die beiden anderen anzuhängen, um Adenosintriphosphat (ATP) zu bilden. Dieses Verfahren wird Phosphorylierung genannt. Die Bindung ist sehr energiereich, was bedeutet, dass für ihre Bildung eine beträchtliche Menge an Energie erforderlich ist.
Zyklisches AMP
Zyklisches AMP (cAMP) spielt eine Rolle bei der Auslösung von Zellantworten, die Signale aus der extrazellulären Umwelt erhalten. Es fungiert als Mittler zwischen externen Informationen und der endgültigen Antwort.
Moleküle mit Coenzym-Funktion
- Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD+): Ein Derivat von Vitamin B3.
- Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADP+): Ähnlich wie das vorherige, jedoch mit einer Phosphatgruppe am Kohlenstoff 2'.
- Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD): Ein Derivat von Vitamin B2.
Diese drei Coenzyme nehmen an Dehydrierungsreaktionen teil und sind von grundlegender Bedeutung für den Zellabbau. Diese geben im reduzierten Zustand leicht H+ und Elektronen an andere Moleküle ab, was eine grundlegende Rolle in vielen metabolischen Prozessen spielt.
Die Nukleotid-Bindung
Die Phosphodiesterbindung ist eine 5'-3'-Bindung. Die Existenz von Hydroxylgruppen sowohl in der Pentose als auch im Phosphat ermöglicht die Verbindung von Nukleotiden durch die Bildung von Bindungen zwischen beiden. Dies ist eine Kondensationsreaktion, bei der ein Stoff namens Dinukleotid entsteht und ein Wassermolekül freigesetzt wird. Die neue Verbindung wird als Nukleotidkette bezeichnet. Die Hydrolyse eines Dinukleotids setzt die zwei Mononukleotide wieder frei.
Nukleotide können sich zu Trinukleotiden, Tetranukleotiden und so weiter verbinden. Die Vereinigung von ihnen bildet lange Ketten. Nukleinsäuren sind Polynukleotide. In einem Polynukleotid gibt es ein 3'-Ende, an dem eine OH-Gruppe am 3'-Kohlenstoff der Pentose frei ist, und ein 5'-Ende, an dem sich eine freie Phosphatgruppe am C-5' einer anderen Pentose befindet.