Nukleotid

Einführung in das Nukleotid – Einfach erklärt

In der DNA verbinden sich zwei solcher Stränge zu einer Doppelhelix, indem die Basen von gegenüberliegenden Strängen Paare bilden: Adenin (A) verbindet sich immer mit Thymin (T), und Cytosin (C) verbindet sich mit Guanin (G). In der RNA, die normalerweise nur aus einem Strang besteht, können die Basen auch innerhalb desselben Strangs Paare bilden und so die dreidimensionale Form der RNA-Moleküle bestimmen.

Aspekte der Nukleotid Definition

• Zucker:
  • In einem Nukleotid ist der Zucker entweder Ribose oder Desoxyribose.
  • Ribose hat einen zusätzlichen Sauerstoff an der 2'-Kohlenstoffstelle, während Desoxyribose diesen Sauerstoff nicht hat.
  • Die Art des Zuckers bestimmt, ob das Nukleotid Teil einer DNA (Desoxyribose) oder RNA (Ribose) ist.
• Phosphat:
  • Die Phosphatgruppe ist an das 5'-Kohlenstoffatom des Zuckers in einem Nukleotid gebunden.
  • Es ermöglicht die Verknüpfung von Nukleotiden zu Ketten, indem es eine Phosphodiesterbindung mit dem 3'-Kohlenstoffatom des Zuckers im nächsten Nukleotid formt.
• Basen:
  • DNA hat vier mögliche Basen: Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G), und Thymin (T).
  • RNA hat die gleichen Basen mit Ausnahme von Thymin, das durch Uracil (U) ersetzt wird.

Die Schlüsselrolle von Nukleotiden in der Genetik

Diesen Code lesen Enzyme während der Proteinbiosynthese ab und bauen so die Proteine zusammen, die Zellen zum Funktionieren benötigen. Eine Veränderung in der Sequenz der Basen in einem Gen (eine Mutation) kann zu Veränderungen in der Struktur und Funktion des kodierten Proteins führen und daher Krankheiten verursachen. Andererseits können Veränderungen in der Basensequenz auch zu nützlichen neuen Merkmalen führen und sind daher die Grundlage für die natürliche Auslese und die evolutionäre Anpassung.

Der Aufbau der Nukleotide

Hauptbestandteile eines Nukleotids

Beispiele für Nukleotid-Aufbau: DNA und RNA Nukleotide

• Der Zucker ist Desoxyribose. Sie ist an das 1'-Kohlenstoffatom einer der vier Stickstoffbasen, Adenin, Guanin, Cytosin oder Thymin, und an das 5'-Kohlenstoffatom einer Phosphatgruppe gebunden.
• Adenin und Guanin sind Purinbasen mit zwei Ringen, während Cytosin und Thymin Pyrimidinbasen mit einem Ring sind.
• Zwei DNA-Nukleotide sind durch eine Phosphodiesterbindung verbunden, die zwischen der Phosphatgruppe am 5'-Kohlenstoffatom des einen Nukleotids und dem 3'-Kohlenstoffatom des Zucker des nächsten Nukleotids gebildet wird.

• Der Zucker ist Ribose, und sie ist auch an eine Stickstoffbasis und eine Phosphatgruppe gebunden.
• Die möglichen Basen sind Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil, wobei Uracil anstelle von Thymin verwendet wird.
• Eine Besonderheit der RNA ist, dass sie normalerweise einzelsträngig ist, obwohl sie bestimmte Strukturen bilden kann, indem sie an sich selbst bindet.

Die verschiedenen Typen von Nukleotiden

DNA Nukleotide und ihre Besonderheiten

Innerhalb der DNA-Struktur sind die Nukleotide auf so eine Weise angeordnet, dass sie eine Doppelhelix bilden. Sie sind durch Wasserstoffbrücken zueinander verbunden, welche die Basenpaarung zwischen den Nukleotiden ermöglicht. Die Sequenz dieser Nukleotide bestimmt die genetische Information, die in der DNA gespeichert ist.

RNA Nukleotide und ihre Unterschiede zu DNA Nukleotiden

RNA-Nukleotide sind den DNA-Nukleotiden sehr ähnlich, haben aber auch einige wichtige Unterschiede.

Der Hauptunterschied zwischen DNA- und RNA-Nukleotiden liegt in der Stickstoffbasis und dem Zucker. In RNA-Nukleotiden wird Thymin durch Uracil ersetzt, und der Zucker ist Ribose anstelle von Desoxyribose. Die Anwesenheit von Uracil anstelle von Thymin und die Verwendung von Ribose statt Desoxyribose ermöglicht es der RNA, verschiedene Rollen in der Zelle zu übernehmen, insbesondere bei der Proteinbiosynthese. Im Gegensatz zur DNA, die in der Regel als Doppelhelix auftritt, ist RNA meistens einzelsträngig. Es kann sich jedoch falten und mit sich selbst Paare bilden, um komplexe dreidimensionale Strukturen zu erzeugen, die für seine Funktion entscheidend sind.

Das Nukleotid Cytosin – seine Struktur und Funktion

Cytosin ist eine der vier Nukleotidbasen, die sowohl in DNA als auch in RNA vorkommen. Es ist eine Pyrimidin-Base, was bedeutet, dass sein Struktur aus einem einzigen sechseckigen Ring besteht, der Stickstoff- und Kohlenstoffatome enthält.

Im Kontext der genetischen Codierung, paart sich Cytosin immer mit Guanin in DNA und RNA, und die Menge von Cytosin in einem doppelsträngigen DNA-Molekül ist immer gleich der Menge von Guanin. Dieses Prinzip ist als Chargaffs Regel bekannt.

Prinzipien der Nukleotid Verknüpfung

• Das 3'-OH Ende des Zuckermoleküls eines Nukleotids interagiert mit der freien Phosphatgruppe des nächsten Nukleotids.
• Durch eine Dehydratisierungsreaktion, bei der ein Wassermolekül abgespalten wird, bildet sich eine Phosphodiesterbindung.
• Auf diese Weise wird eine Kette von Nukleotiden, ein sogenanntes Polynukleotid, gebildet.

Rolle der Verknüpfung in der DNA und RNA Struktur

• Da DNA normalerweise doppelsträngig ist, verbindet sich das Rückgrat des einen DNA-Strangs über Wasserstoffbrückenbindungen mit dem Rückgrat des anderen, um eine Doppelhelix zu bilden.
• Innerhalb der Doppelhelix verbinden sich die Nukleotide des einen Strangs mit ihren komplementären Nukleotiden des anderen Strangs.

• RNA, die in den meisten Fällen einzelsträngig ist, kann jedoch durch die Bildung interner Wasserstoffbrückenbindungen zwischen seinen Nukleotiden komplex gefaltet werden.
• Die dreidimensionale Struktur von RNA-Molekülen ist entscheidend für ihre Funktion, wie zum Beispiel in der Translation von mRNA in Proteine oder der katalytischen Aktivität von Ribosomen und Ribozymen.

Die Funktion von Nukleotiden

Nukleotid Funktion: Energieübertragung, Signalübertragung und mehr

Nukleotide sind bestimmte Arten organischer Moleküle, die als Bausteine für die Erstellung von DNA und RNA dienen, also einfach ausgedrückt die genetischen Informationen aller lebenden Organismen tragen. Aber die Funktion von Nukleotiden geht weit über die genetische Codierung hinaus.

Adenosintriphosphat (ATP), eine Art Nukleotid, ist die Hauptenergiequelle für die meisten zellulären Funktionen. ATP besteht aus der Stickstoffbasis Adenin, dem Zucker Ribose und drei Phosphatgruppen. Die Bindungen zwischen diesen Phosphatgruppen sind energiereich. Während der Zellstoffwechselprozesse wird Energie freigesetzt, wenn das ATP-Molekül durch enzymatische Hydrolyse in Adenosindiphosphat (ADP) und anorganisches Phosphat mehrfach umgewandelt wird.

Ein weiteres Nukleotid, das zyklische Adenosinmonophosphat (cAMP), wirkt als sekundärer Botenstoff, der aus ATP in Reaktion auf hormonelle Stimulation synthetisiert wird. cAMP spielt eine wesentliche Rolle bei vielen zellulären Prozessen wie der Fett- und Glykogenmetabolismus und der Regulation der Herztätigkeit. Außerdem sind Nukleotide essenziell für Enzymreaktionen und sie sind Schlüsselkomponenten von Coenzymen. Coenzyme unterstützen Enzyme bei ihren Funktionen.

Wie Nukleotide in biologischen Prozessen verwendet werden