Nukleinsäure

Unter einer Nukleinsäure versteht man ein Heteropolymer aus Nukleotiden, die über Phosphatester miteinander verbunden sind. Man unterscheidet je nach der Beschaffenheit der Nukleotid-Zucker die Desoxyribonukleinsäure (DNA) und die Ribonukleinsäure (RNA).

Nukleinsäuren sind aus mehreren Nukleotiden aufgebaut. Der zentrale Teil eines Nukleotids ist ein ringförmiges Zuckermolekül. Bei der DNA handelt es sich dabei um Desoxyribose, bei der RNA um Ribose. Die Atome des Zuckermoleküls sind in beiden Fällen wie folgt mit Bindungspartnern belegt:

• C1-Atom: bindet an eine Nukleinbase (Adenosin, Cytosin, Guanin, Uracil, Thymin)
• C3-Atom: bindet an den Phosphatrest des ersten Nachbarnukleotids
• C4-Atom: bindet an den Phosphatrest des zweiten Nachbarnukleotids

Die Nukleotide innerhalb einer Nukleinsäurekette sind also jeweils über zwei Phosphodiesterbindungen mit ihren Nachbarn gekoppelt. Da Phosphorsäure in ungebundenem Zustand drei Protonen abspalten kann, ist das dritte Wasserstoffatom für die Azidität der Nukleinsäure verantwortlich. Unter physiologischen Bedingungen sind die Protonen einer Nukleinsäure dissoziiert, sodass sich die Nukleinsäure als großes Anion verhält.

DNA und RNA unterscheiden sich geringfügig in der Verwendung der Nukleinbasen. In der DNA wird Thymin verwendet, in der RNA Uracil.

Die Nukleinsäuren sind für Speicherung und Verarbeitung der genetischen Information von entscheidender Bedeutung, wobei ihre Fähigkeit zur spezifischen Basenpaarung eine besondere Rolle spielt.

3.1. DNA

In jeder Zelle ist die DNA als Träger der genetischen Erbinformation vorhanden. Das DNA-Molekül besteht aus einem Zucker-Phosphat-Rückgrat, an das vier verschiedene Heterozyklen angeknüpft sind. Das DNA-Molekül speichert die Information nur und übernimmt selbst keine Aufgaben wie die Katalyse von Stoffwechselvorgängen, Stütz- oder Regulierungsfunktionen. Es kodiert aber den Aufbau von Proteinen, die alle diese Funktionen übernehmen. Dazu wird die Information der DNA abgelesen (Transkription) und in eine Aminosäuresequenz übersetzt (Translation). Dazu wird zuerst die DNA-Information in eine RNA-Information umgeschrieben.

3.2. RNA

Die RNA-Moleküle werden nach der Transkription aus dem Nucleus (Zellkern) exportiert, sodass die Information in das Zytoplasma gelangt. Diese Form der RNA dient der Informationsübertragung und wird daher auch als messenger-RNA (mRNA) bezeichnet. Die mRNA wird am Ribosom in eine Aminosäuresequenz übersetzt. Dabei kommt die sogenannte transfer-RNA (tRNA) zum Einsatz. Auch das Ribosom selbst besteht zum überwiegenden Teil aus RNA, genauer gesagt aus rRNA.