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Nukleotide – Bausteine des Lebens
Fast alle Zellarten im menschlichen Körper enthalten einen Zellkern, der sich im Innern der Zell befindet. Im Zellkern sind unter anderem die individuellen Erbanlagen des Menschen hinterlegt. Die Erbinformationen sind bei allen Organismus individuell verschieden und sind auf der sogenannten DNS codiert, dem Bauplan des Lebens. DNS steht für Desoxyribonukleinsäure (englisch: DNA = Deoxyribonucleic acid). Desoxyribonukleinsäuren sind sehr grosse Moleküle, die in einer schraubenförmigen Doppelhelix angeordnet sind - vergleichbar mit einer Wendeltreppe mit einer riesigen Anzahl von Stufen.
Die einzelnen Bauelemente der Treppe, aus denen die DNS aufgebaut ist, sind die Nukleotide. Die Nukleotide wiederum besteht aus drei Molekülbestandteilen, dem Zucker Desoxyribose, einer Nukleobase und einem Phosphatrest. In der DNS gibt es vier verschiedene Nukleotide, die sich durch ihre Nukleobasen unterscheiden. Die Nukleobasen der DNS sind Adenin (A), Guanin (B), Thymin (T) und Cytosin (C). Die Verknüpfung der Nukleotide zum langen Strang der DNS erfolgt über ihre Phosphat- und Zuckerreste, was bildlich gesprochen der Seite der Treppe bzw. dem Treppengeländer entspricht. In der Doppelhelix der DNS sind die beiden gegenüberliegenden Nukleotidstränge immer über die zwei gleichen Basenpaare A und T sowie G und C miteinder verknüpft. Man nennt sie deshalb komplementäre Basenpaare. Die Abfolge der Nukleotide A-T bzw. C-G Stufen bei der Treppe ist entscheidend für die Erbinformation ("genetische Information") und für die Zellfunktion. Nukleotide werden daher oft als die „Bausteine des Lebens“ bezeichnet.
Der Aufbau der DNS als Doppelhelix wurde durch die Wissenschaftler James Watson und Francis Crick bereits im Jahr 1953 beschrieben. Die Bedeutung einer ausreichenden Versorgung des Körpers mit diesen elementaren Grundbausteinen über die Nahrung und mögliche Probleme bei einem Mangel an Nukleotiden wurden jedoch erst in jüngster Zeit erkannt.
Bild 1: In seiner geläufigsten Form, in der DNS Doppelhelix, sind Paare von Nukleotiden lose aneinander gebunden und formen die Stufen der spiralförmigen „Wendeltreppe“.
Die Nukleotid Basenpaare
Bei der Zellteilung muss das genetische Erbmaterial durch Verdoppelung der DNS nachgebildet werden. Für diese sogenannte Replikation ist es extrem günstig, dass die Bindung zwischen den komplementären Basenpaaren relativ schwach ist und in der Mitte wie ein Reissverschluss geöffnet werden kann. Dabei dient jede Seite als Vorlage für den neuen komplementären Strang.
Damit die Replikation problemlos abläuft muss allerdings immer eine ausreichende Anzahl von allen Nukleotiden zur Verfügung stehen.
Nicht nur die DNS ist aus Nukleotiden aufgebaut und besitzen dort zelluläre Funktionen. Nukleotide als solche, z. B. Adenosintriphosphat ATP oder verbunden zu grösseren Molekülen wie z.B. den Ribonukleinsäuren (RNS) übernehmen weitere wichtige Zellfunktionen. ATP zum Beispiel wirkt in der Zelle als Energiespeicher. Bei der RNS ist übrigens die Nukleobase Thymin durch Uracil (U) ersetzt, wobei sich diese beiden Nukleotide strukturell sehr ähneln.
Bild 2: Nukleotide werden in zwei Gruppen eingeteilt. Bei Purinen besteht die Stickstoffbase aus einem Doppelring, bei Pyrimidinen aus einem Einfachring. Adenin und Guanin sind Purinbasen, Cytosin und Thymin bzw. Uracil sind Pyrimidinbasen.
Bild 3: Die RNA wird aus Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil (anstelle von Thymin) gebildet.
Was ist die Hauptfunktion der Nukleotide?
Neben ihrer Funktion als „Grundbausteine der Lebens“ in der DNS und RNS sind Nukleotide nahezu an allen Aktivitäten der Zellen beteiligt. Unabdingbar sind Nukleotide bei der Speicherung und Übertragung von Energie bei zellulären Prozessen, bei der Bildung von Proteinen und bei der Übertragung von Hormonsignalen.
Diejenigen Zellen im Körper mit einer hohen biochemischen Aktivität bzw. einer hohen Zellteilungsrate haben auch einen erhöhten Bedarf an Nukleotiden. Zu ihnen gehören insbesondere Zellen des Blutsystems (Immunzellen die im Knochenmark gebildet werden) und die Zellen der Dünndarmwand. Auch für die optimale Vermehrung von gesundheitsfördernden, nützlichen Darmbakterien ist eine ausreichende Versorgung mit Nukleotiden notwendig. Der menschliche Körper ist somit darauf angewiesen, dass er ausreichend mit Nukleotiden versorgt wird, um sowohl das Immunsystem aufrechtzuerhalten als auch eine optimale Verdauung sicherzustellen.
This information is taken from the ground-breaking educational publication, “Putting you completely in the picture” – an introduction to nucleotides, created in partnership with our UK distributors.
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