Was ist Nukleinsäure?

Nukleinsäure ist für alle Formen des Lebens unerlässlich und kommt in allen Zellen vor. Nukleinsäure kommt in zwei natürlichen Formen vor, der Desoxyribonukleinsäure (DNA) und der Ribonukleinsäure (RNA).

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Nukleinsäuren bestehen aus Biopolymeren, d. h. natürlich vorkommenden, sich wiederholenden Gruppen von Monomeren (die Polymere bilden), aus denen dann Nukleotide entstehen, die Nukleinsäuren bilden.

Um die Struktur der Nukleinsäure zu verstehen, ist es wichtig, die Struktur der Nukleotide zu kennen, aus denen die Nukleinsäure besteht.

Die Struktur der Nukleinsäure

Ein Nukleotid besteht aus drei Teilen, die durch Bindungen verbunden sind. Die drei Teile sind eine Phosphatgruppe, ein 5-Kohlenstoff-Zucker und eine Stickstoffbase.

Phosphatgruppe

Die Phosphatgruppe besteht aus einem Phosphoratom, an das vier negativ geladene Sauerstoffatome gebunden sind.

5-Kohlenstoff-Zucker

Der 5-Kohlenstoff-Zucker (auch Pentose genannt) umfasst Ribose und Desoxyribose, die in der Nukleinsäure vorhanden sind. Sowohl Ribose als auch Desoxyribose haben fünf Kohlenstoffatome und ein Sauerstoffatom. An die Kohlenstoffatome sind Wasserstoffatome und Hydroxylgruppen gebunden.

In Ribosezucker sind Hydroxylgruppen an das zweite und dritte Kohlenstoffatom gebunden. In Desoxyribosezucker ist eine Hydroxylgruppe an das dritte Kohlenstoffatom gebunden, aber nur ein Wasserstoffatom ist an das zweite Kohlenstoffatom gebunden.

Stickstoffbase

Das Stickstoffmolekül fungiert als Base in der Nukleinsäure, weil es Elektronen an andere Moleküle abgeben und dadurch neue Moleküle bilden kann. Es kann sich an Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle binden, um Ringstrukturen zu bilden.

Ringstrukturen gibt es als Einzelringe (Pyrimidine) und Doppelringe (Purine). Zu den Pyrimidinen gehören Thymin, Cytosin und Uracil. Zu den Purinen gehören Adenin und Guanin. Purine sind größer als Pyrimidine, und ihre Größenunterschiede tragen dazu bei, ihre Paarungen in DNA-Strängen zu bestimmen.

Nukleinsäurebindungen

Die Bindungen, die die Phosphor-, Zucker- und Stickstoffmoleküle zusammenhalten, werden als glykosidische Bindungen und Esterbindungen bezeichnet.

Glykosidische Bindungen werden zwischen dem ersten Kohlenstoffatom in einem 5-Kohlenstoff-Zucker und dem neunten Stickstoffatom in einer stickstoffhaltigen Base hergestellt.

Esterbindungen werden zwischen dem fünften Kohlenstoffatom in einem 5-Kohlenstoff-Zucker und der Phosphatgruppe hergestellt.

Diese Bindungen halten nicht nur ein einzelnes Nukleotid zusammen, sondern auch Ketten von Nukleotiden, die Polynukleotide bilden, die Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA) bilden.

Um diese Ketten zu bilden, bindet die Phosphatgruppe, die an das fünfte Kohlenstoffatom in einem 5-Kohlenstoff-Zucker gebunden ist, an das dritte Kohlenstoffatom im nächsten 5-Kohlenstoff-Zucker. Dies wiederholt sich, um eine Kette zu bilden, die durch ein Zucker-Phosphat-Grundgerüst zusammengehalten wird.

Ist der Zucker in dieser Kette ein Ribosezucker, entsteht ein RNA-Strang.

Um die DNA zu bilden, bindet sich der RNA-Strang an ein Polynukleotid, das eine ähnliche, aber antiparallele Struktur mit Bindungen hat, die Wasserstoffbrücken genannt werden. Diese Wasserstoffbrücken verbinden die Pyrimidine und Purine in den Stickstoffbasen miteinander. In einem Prozess, der als komplementäre Basenpaarung bezeichnet wird, verbindet sich Guanin mit Cytosin und Adenin mit Thymin. Dies erhöht die Energieeffizienz der Basenpaarungen, und sie werden immer in diesem Muster gefunden.

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Die Funktion der Nukleinsäure

Jede Art von Nukleinsäure erfüllt eine andere Funktion in den Zellen aller Lebewesen.

DNA

DNA ist für die Speicherung und Codierung der genetischen Information im Körper verantwortlich. Da sich die Nukleotide Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin in der DNA nur in einer bestimmten Reihenfolge paaren (Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin), kann eine Zelle bei jeder Vervielfältigung des DNA-Strangs die Reihenfolge festlegen, in der die Nukleotide kopiert werden sollen. Auf diese Weise können exakte Kopien der DNA angefertigt und von Generation zu Generation weitergegeben werden.

In der DNA sind die Anweisungen für alle Proteine gespeichert, die ein Organismus herstellen wird.

RNA

RNA spielt eine wichtige Rolle bei der Proteinsynthese und reguliert die Expression der in der DNA gespeicherten Informationen zur Herstellung dieser Proteine. Sie ist auch die Art und Weise, wie die genetische Information in bestimmten Viren übertragen wird.

• Die verschiedenen Funktionen der RNA umfassen:
• Bildung neuer Zellen im Körper
• Übersetzung von DNA in Proteine
• Botenfunktion zwischen DNA und Ribosomen
• Hilft Ribosomen, die richtigen Aminosäuren auszuwählen, um neue Proteine im Körper zu bilden.

Diese Funktionen werden von RNA mit verschiedenen Namen ausgeführt. Zu diesen Namen gehören:

• Transfer-RNA (tRNA)
• Ribosomale RNA (rRNA)
• Messenger-RNA (mRNA).

ATP

Allerdings sind nicht alle Nukleinsäuren an der Verarbeitung der in Zellen gespeicherten Informationen beteiligt. Die Nukleinsäure Adenosintriphosphat (ATP), die aus einer stickstoffhaltigen Adeninbase, einem 5-Kohlenstoff-Ribosezucker und drei Phosphatgruppen besteht, ist an der Energiegewinnung für zelluläre Prozesse beteiligt.

Die Bindungen zwischen den drei Phosphatgruppen sind hochenergetische Bindungen und versorgen die Zelle mit Energie. Alle lebenden Zellen verwenden ATP zur Energiegewinnung, damit sie ihre Funktionen ausführen können.

Um Energie zu liefern, wird die letzte Phosphatgruppe in der Kette entfernt, wodurch Energie freigesetzt wird. Bei diesem Vorgang wird ATP in Adenosindiphosphat (ADP) umgewandelt. Das Entfernen von zwei Phosphatgruppen aus ATP erzeugt die Energie, die für die Bildung von Adenosinmonophosphat (AMP) benötigt wird.

ATP kann durch einen Recyclingprozess in den Mitochondrien wieder hergestellt werden, bei dem die Phosphatgruppen wieder aufgeladen und der Kette hinzugefügt werden.

ATP ist am Transport von Proteinen und Lipiden in und aus der Zelle beteiligt, was als Endozytose bzw. Exozytose bezeichnet wird. ATP ist auch wichtig für die Aufrechterhaltung der Gesamtstruktur einer Zelle, da es zum Aufbau des Zytoskeletts der Zelle beiträgt.

Im Hinblick auf spezifische Körperfunktionen ist ATP wichtig für die Muskelkontraktion. Dazu gehören die Kontraktionen des schlagenden Herzens sowie die Bewegungen größerer Muskelgruppen.

Zusammenfassung

Nukleinsäure ist ein wesentlicher Bestandteil aller Lebewesen und der Baustein für DNA und RNA. Sie ist in allen Zellen und auch in einigen Viren zu finden. Nukleinsäuren haben sehr unterschiedliche Funktionen, wie z. B. die Zellbildung, die Speicherung und Verarbeitung genetischer Informationen, den Aufbau von Proteinen und die Erzeugung von Energiezellen.

Auch wenn sich ihre Funktionen unterscheiden, sind die Strukturen von DNA und RNA sehr ähnlich und unterscheiden sich nur durch einige grundlegende Unterschiede in ihrem molekularen Aufbau.

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