Grundbausteine Übersicht

Basiswissen | Aufgaben und Lösungen
◮ Biochemische Grundlagen | Grundbausteine | Nucleinsäuren
Skript
Grundbausteine
Nucleinsäuren
Übersicht
1 Funktion
1
2 Aufbau
2
2.1 Nucleinbasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Ribose und Desoxyribose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1 Funktion
In diesem Skript wollen wir uns mit den Nucleinsäuren beschäftigen. Wir wollen uns den
chemischen Aufbau und ihre Funktion genauer betrachten. Doch zuerst stellt sich die Frage,
was sind Nucleinsäuren und wo kommen sie überhaupt vor?
DNA, Gene und Chromosomen sind Begriffe,
die dir in der Schule, den Medien und auch in
deinem Alltag immer wieder begegnen. Doch
was steckt hinter diesen Begriffen? Was haben diese Begriffe gemeinsam?
Der Mensch besitzt 46 Chromosomen, die
an die nächste Generation weitervererbt werden. Die Chromosomen bestehen aus der
DNA, auf der Gene lokalisiert sind. (sie Skript
Chromosomen). Gene sind DNA-Abschnitte
auf den Chromosomen, die z. B. Augenfarbe, Körpergröße oder genetische Krankheiten bestimmen. Sie alle sind aus denselben Grundbausteinen aufgebaut: den Nucleinsäuren.
Abb. 1: Chromosomen im Menschen
Quelle: wikipedia.org – Courtesy: National
Genome Research Institute (CC-BY-SA 2.0).
Human
Merke dir:
Nucleinsäuren speichern und übertragen die genetische Erbinformation und sind wichtig für
die Zellteilung und die Weitervererbung.
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2 Aufbau
Nucleinsäuren sind Makromoleküle. Ein Makromolekül ist
ein sehr langes Molekül, das
aus mehreren kleinen Molekülen (=Monomere) besteht. Die-
O
Base
O
O
-O
P
O
CH2
O
O-
Phosphatrest
O
Zuckerrest
Nucleosid
Nucleotid
O
se Monomere sind zu einer Kette miteinander verknüpft und
bilden die Untereinheit eines
solchen Makromoleküls. Im Falle der Nucleinsäure bezeichnen wir ein solches Monomer
als ein Nucleotid. Ein Nucleotid wird aus drei Bausteinen
zusammengesetzt: einer Base, einem Zucker und einer
Phosphorsäure (= Phosphatrest). Den Verbund aus Base
und Zucker ohne die Phosphat-
O
gruppe nennt man Nucleosid.
Um den Aufbau eines Nucleotides besser zu verstehen, müssen wir uns die Komponenten
Nucleinsäure (Polynucleotid)
Abb. 2: Aufbau der Nucleinsäure
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Base und Zucker genauer anschauen.
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2.1 Nucleinbasen
Widmen wir uns zunächst den Nucleinbasen. Basen sind zyklische Moleküle, die aus
Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffatomen aufgebaut sind. Wir unterscheiden die Basen in zwei Stoffklassen: Pyrimidine und Purine.
Pyrimidine sind zyklische Moleküle, deren Ringe aus sechs Atomen bestehen. Vertreter der
Pyrimidine sind
ˆ Cytosin (C)
ˆ Thymin (T)
ˆ Uracil (U)
Das Grundgerüst der Purine besteht aus zwei Ringe, d.h. es besteht aus einem Ring mit
sechs Atomen und einem Ring mit fünf Atomen.
Zu den Purinen gehören die Basen
ˆ Adenin (A)
ˆ Guanin (G)
Die Basen Adenin, Guanin und Cytosin kommen sowohl in der DNA als auch in der RNA vor.
Die Base Thymin kommt nur in der DNA vor und diese wird in der RNA mit der Base Uracil
ersetzt. Eine Übersicht sieht du in der Tabelle 1.
Pyrimidine
N
O
H
C
NH2
HN
C
C
HN
N
H
O
H
N
O
C
C
C
CH
C
H
CH3
C
HN
O
CH
C
H
Thymin (T)
Cytosin (C)
O
C
Uracil (U)
Purine
O
NH2
C
HC
C
H
N
C
H
N
C
N
HN
C
C
C
CH
CH
N
N
H2N
N
N
Guanin (G)
Adenin (A)
Abb. 3: Nucleinbasen werden in zwei Stoffklassen eingeteilt: Pyridine und Purine
DNA
RNA
Pyrimidine
Cytosin, Thymin
Cytosin, Uracil
Purine
Guanin, Adenin
Guanin, Adenin
Tab. 1: Basen in der DNA und RNA
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Die Base ist jeweils an ein Zuckermolekül gebunden und bildet somit einen Teil der Nucleosides. Die Basen bilden eine wichtige Funktion der Nucleinsäure, da sie die genetische Information vorgeben. Deshalb kommen unterschiedliche Basen in der Nucleinsäure vor. Die
zwei unterschiedlichen Stoffklassen Pyrimidine und Purine sind später für den DNA-Aufbau
wichtig und zwar für die Verknüpfung der zwei Nucleinstränge zur Doppelhelix. Denn zwei
Basen aus derselben Stoffklasse können nicht miteinder verknüpft werden, sondern Pyrimidine können nur mit Purinen in Wechselwirkung treten und andersherum.
2.2 Ribose und Desoxyribose
Die Zuckerkomponente in dem Nucleotid ist ein fünfgliedriges, zyklisches Molekül (Pentose).
Es gibt viele Arten von Zucker, hier allerdings interessieren uns erst einmal die Desoxyribose und die Ribose. In der DNA kommt nur die Desoxyribose vor, während in der RNA der
Zucker eine Ribose ist. Der Unterschied zwischen diesen zwei Zuckermolekülen liegt in ihrer
chemischen Struktur. Betrachten wir das 2’-Kohlenstoffatom in Abbildung 3, erkennt man,
dass an der Ribose eine OH-Gruppe hängt, während bei der Desoxyribose nur ein H-Atom
gebunden ist.
5'
HO
CH2
OH
O
4' C
C
H
H
3' C
OH
1'
5'
HO
CH2
4'C
H
C
H
H
C 2'
OH
O
H
H
H
C 2'
3' C
H
OH
Desoxyribose
1'
OH
Ribose
Abb. 3: Unterschied zwischen Desoxyribose und Ribose
Die einzelnen Nucleotide werden durch eine Verbindung zwischen der Phosphorsäure und
dem Zucker zu einer Nucleinsäure verknüpft. Die Nucleotide kannst du dir dabei vorstellen
wie die Perlen, die zusammen eine Perlenkette, die Nucleinsäure, bilden. Die Phosphatgruppen können jeweils an dem 3’- und 5’- Kohlenstoffatom des Zuckermoleküls anknüpfen. Somit entsteht eine Zucker-Phosphatkette, an der die Base jeweils am Zucker hängt.
Der Aufbau der Nucleinsäuren ist von besonderer Bedeutung, da dies Grundbausteine in
der Genetik und Molekularbiologie sind. Die wichtigste Nucleinsäure ist die Desoxyribonucleinsäure, auch DNA genannt. Sie befindet sich im Zellkern und ist der Speicher der
Erbinformation. Die DNA besteht aus zwei ineinander verdrehte Nucleinsäuren und bildet
dadurch eine Doppelhelixform. Beide Nucleinstränge werden durch die unterschiedlichen
Nucleinbasen zusammengehalten. Für weitere Informationen zum DNA-Aufbau schaue dir
das Skript DNA an.
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