Nucleobasen

Nucleobasen zijn de bouwstenen waaruit de lange ketens van DNA- en RNA-moleculen zijn samengesteld in hun gefosforyleerde nucleotidevorm.

In het DNA, dat dubbele strengen vormt die vergelijkbaar zijn met touwen, vormen de 4 voorkomende nucleïnezuurbasen vaste paren met de respectieve complementaire base via waterstofbruggen. De nucleobasen bestaan ​​uit een bicyclisch purine of een monocyclisch pyrimidineskelet.

Wat zijn nucleobasen?

De 4 nucleobasen adenine, guanine, cytosine en thymine, als bouwstenen van de lange DNA-molecuulketens met dubbele helix, vormen de constante paringen adenine-thymine (A-T) en guanine-cytosine (G-C).

De twee basen adenine en guanine bestaan ​​elk uit een gemodificeerde bicyclische zes- en vijfring van de purinebasisstructuur en worden daarom ook wel purinebasen genoemd. De basisstructuur van de andere twee nucleïnezuurbasen, cytosine en thymine, bestaat uit een heterocyclische aromatische zesring, die overeenkomt met een gemodificeerd pyrimidineskelet, daarom worden ze ook wel pyrimidinebasen genoemd. Omdat het RNA meestal als enkele strengen aanwezig is, zijn er aanvankelijk geen basenparen. Dit vindt alleen plaats tijdens replicatie via het mRNA (messenger RNA).

De kopie van de RNA-streng bestaat uit de complementaire nucleobasen analoog aan de tweede DNA-streng. Het enige verschil is dat uracil wordt vervangen door thymine in RNA. De DNA- en RNA-ketenmoleculen worden niet in hun zuivere vorm gevormd door de nucleobasen, maar in het geval van DNA combineren ze zich met de 5-suikerdeoxyribose om het overeenkomstige nucleoside te vormen. In het geval van RNA bestaat de suikergroep uit ribose. Daarnaast worden de nucleosiden gefosforyleerd tot zogenaamde nucleotiden met een fosfaatresidu.

De purinebasen hypoxanthine en xanthine, die ook in DNA en RNA worden aangetroffen, komen overeen met gemodificeerd thymine. Hypoxanthine wordt gevormd uit adenine door de aminogroep (-NH3) te vervangen door een hydroxylgroep (-OH), en xanthine wordt gevormd uit guanine. Beide nucleobasen dragen niet bij aan de overdracht van genetische informatie.

Functie, effect en taken

Een van de belangrijkste functies van de nucleïnezuurbasen die de dubbele DNA-strengen vormen, is om aanwezigheid op de beoogde positie te tonen.

De volgorde van de nucleobasen komt overeen met de genetische code en bepaalt het type en de volgorde van aminozuren waaruit eiwitten zijn samengesteld. Dit betekent dat de belangrijkste functie van de nucleobasen als onderdeel van het DNA een passieve, statische rol is, d.w.z. dat ze niet actief ingrijpen in het metabolisme en dat hun biochemische structuur niet verandert door messenger RNA (mRNA) tijdens het leesproces. Dat verklaart gedeeltelijk de levensduur van DNA.

De halfwaardetijd van het mitochondriaal DNA (mtDNA), gedurende welke de helft van de oorspronkelijk bestaande bindingen tussen de nucleobasen uiteenvalt, is sterk afhankelijk van de omgevingsomstandigheden en varieert tussen ongeveer 520 jaar onder gemiddelde omstandigheden met positieve temperaturen en tot 150.000 jaar onder permafrostomstandigheden. .

Als onderdeel van het RNA spelen de nucleobasen een wat actievere rol. Bij celdeling worden in principe de dubbele DNA-strengen verbroken en van elkaar gescheiden om een ​​complementaire streng te kunnen vormen, het mRNA, dat als het ware de werkkopie van het genetisch materiaal vormt en als basis dient voor de selectie en volgorde van de aminozuren waaruit de bedoelde eiwitten worden geassembleerd. Een andere nucleïnezuurbasis, dihydrouracil, wordt alleen gevonden in het zogenaamde transport-RNA (tRNA), dat wordt gebruikt om aminozuren te transporteren tijdens de eiwitsynthese.

Sommige nucleobasen vervullen een heel andere functie als onderdeel van enzymen die bepaalde biochemische processen actief katalytisch mogelijk maken en controleren. Adenine vervult zijn bekendste taak als nucleotide in de energiebalans van cellen. Adenine speelt een belangrijke rol als elektronendonor als adenosinedifosfaat (ADP) en adenosinetrifosfaat (ATP) en als bestanddeel van het nicotinamide-adeninedinucleotide (NAD).

Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden

In de niet-gefosforyleerde vorm bestaan ​​nucleobasen uitsluitend uit koolstof, waterstof en zuurstof, stoffen die alomtegenwoordig en vrij verkrijgbaar zijn. Het lichaam kan dus zelf nucleobasen synthetiseren, maar het proces is complex en kost veel energie.

Daarom heeft het terugwinnen van nucleïnezuren door recycling de voorkeur, b.v. B. door de afbraak van eiwitten die bepaalde verbindingen bevatten die met weinig energieverbruik of zelfs met energiewinst kunnen worden geïsoleerd en omgezet in nucleïnezuren. Nucleïnezuren komen meestal niet in zuivere vorm voor in het lichaam, maar meestal als nucleosiden of deoxynucleosiden met een aangehecht ribose- of deoxyribosemolecuul. Als onderdeel van DNA en RNA en als onderdeel van bepaalde enzymen worden de nucleïnezuren of hun nucleosiden ook reversibel gefosforyleerd met één tot drie fosfaatgroepen (PO4-).

Een referentiewaarde voor een optimale aanvoer van nucleobasen bestaat niet. Een tekort of een teveel aan nucleobasen kan alleen indirect via bepaalde stofwisselingsstoornissen worden vastgesteld.

Ziekten en aandoeningen

Het soort gevaren, verstoringen en risico's dat in verband wordt gebracht met de nucleobasen zijn fouten in het aantal en de volgorde van de DNA- of RNA-strengen, die leiden tot een verandering in de codering voor eiwitsynthese.

Als het lichaam de storing niet kan verhelpen door middel van zijn herstelmechanismen, gaat het om de synthese van biologisch inactieve of bruikbare eiwitten, wat op zijn beurt kan leiden tot milde tot ernstige stofwisselingsstoornissen. Het kan b.v. B. genmutaties zijn aanwezig die van meet af aan symptomatische ziekten kunnen veroorzaken via metabole stoornissen, die mogelijk ongeneeslijk zijn. Maar zelfs in een gezond genoom kunnen kopieerfouten optreden tijdens de replicatie van de DNA- en RNA-ketens, die de stofwisseling beïnvloeden.

Een bekende stofwisselingsstoornis in de purinebalans is z. B. terug naar een genetisch defect op het x-chromosoom. Vanwege het genetische defect kunnen de purinebasen hypoxanthine en guanine niet worden gerecycled, wat uiteindelijk de vorming van urinestenen en jicht in de gewrichten bevordert.