DNA-Nukleotide

Was sind DNA-Nukleotide?

Nukleotide sind die Grundbausteine von Nukleinsäuren, einschließlich DNA und RNA. Indem sie Millionen von einzelnen Nukleotiden miteinander verbinden, können die Zellen lange Polynukleotidketten bilden. Die DNA ist doppelsträngig, während die RNA aus einem einzigen Strang besteht und aus einer viel kürzeren Kette von Nukleotiden zusammengesetzt ist.

Neben der Bildung von DNA- und RNA-Strängen können Nukleotide eine weitere wichtige Rolle spielen: die eines Energiespeichermoleküls. Die häufigste Art von Nukleotid zur Energiespeicherung ist Adenosintriphosphat (ATP).

In Nukleotiden wie ATP wird die Energie in den Phosphoanhydridbindungen zwischen den drei Phosphatgruppen gespeichert. Diese Bindungen benötigen Energie, um sich zu bilden, so dass die Zellen in Ihrem Körper diese Bindungen wie eine Batterie nutzen können, um zusätzliche Energie zu speichern. Wenn die Zelle auf diese gespeicherte Energie zugreifen will, entfernt sie eine Phosphatgruppe, indem sie die Phosphoanhydridbindungen aufbricht, um die Energie freizusetzen, und zwar durch einen Prozess, der Hydrolyse genannt wird.

Wie ist die Struktur der Nukleotide?

Nukleotide bestehen aus drei Untereinheiten. Die erste Untereinheit ist eine Base, die das Element Stickstoff enthält. Diese stickstoffhaltigen Basen gibt es in zwei Varianten: Pyrimidin-Derivate, zu denen Thymin und Cytosin gehören, und Purin-Derivate, zu denen Guanin und Adenin gehören. Die Wasserstoffbrücken zwischen diesen Basen sorgen dafür, dass sich die beiden DNA-Stränge miteinander verbinden und eine Doppelhelix bilden. Es gibt auch eine fünfte Art von Base, Uracil, ein Pyrimidin-Derivat, das nur in der RNA vorkommt.

Die zweite Untereinheit eines Nukleotids ist ein Zuckermolekül mit einem Ring aus fünf Kohlenstoffatomen. Bei DNA-Nukleotiden wird diese Art von Zuckermolekül Desoxyribose genannt, wofür das „D“ in DNA steht. RNA-Nukleotide enthalten einen anderen Zucker namens Ribose, weshalb das Molekül auch als Ribonukleinsäure bezeichnet wird.

Kombiniert man eine stickstoffhaltige Base mit einem Fünf-Kohlenstoff-Zucker, erhält man ein Nukleosid (mit einem ’s‘). Um ein Nukleotid (mit einem „t“) zu bilden, braucht man eine dritte Untereinheit: eine Phosphatgruppe. Eine Phosphatgruppe besteht aus einem Phosphoratom, das an vier Sauerstoffatome gebunden ist. Wenn Nukleotide nicht an die DNA gebunden sind, können sie bis zu drei Phosphatgruppen enthalten. Die Anzahl der Phosphate in einem Nukleotid der DNA ist jedoch geringer: Wenn es Teil eines DNA-Strangs ist, enthält ein Nukleotid nur eine Phosphatgruppe.

Wie paaren sich Nukleotide in der DNA?

Nukleotide paaren sich auf eine ganz bestimmte Art und Weise, abhängig von der Art der stickstoffhaltigen Base, die sie enthalten. Jedes DNA-Nukleotidpaar besteht aus einem Pyrimidin und einem Purin. Aufgrund der chemischen Struktur der verschiedenen Basen wird sich Adenin (A) immer mit Thymin (T) und Guanin (G) mit Cytosin (C) verbinden. Dasselbe gilt für die RNA, mit der Ausnahme, dass sich A immer mit einem nahen Verwandten von Thymin, Uracil (U), paart.

Das Bindeglied, das die beiden Basen verbindet, ist eine Wasserstoffbrücke. A-T-Basenpaare sind durch zwei Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden, während G-C-Basenpaare durch drei Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden sind. Diese Basenpaare bilden die Sprossen der verdrehten Leiter (oder Doppelhelix) der DNA und tragen zur gefalteten Struktur der RNA bei.

Welche Rolle spielen die DNA-Nukleotide bei der DNA-Sequenzierung?

DNA-Nukleotide enthalten vier stickstoffhaltige Basen: Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C). Diese Basen werden bei der Beschreibung einer DNA-Sequenz als As, Ts, Gs und Cs dargestellt. Die spezifische Abfolge dieser vier Buchstaben in Ihrem Genom vermittelt große Mengen an Informationen, ähnlich wie eine Reihe von Einsen und Nullen einem Computer sagen kann, wie ein komplexes Programm abzulaufen hat.

Wissenschaftler können die Reihenfolge der Nukleotide in einem DNA-Molekül durch einen Prozess namens DNA-Sequenzierung bestimmen. Wenn Sie Ihre DNA sequenzieren lassen, können Sie viele nützliche Informationen über sich selbst herausfinden, z. B. ob Sie für bestimmte Krankheiten prädisponiert sind und aus welchen geografischen Regionen Ihre Vorfahren stammen.