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 lijken op touwen, vormen de 4 voorkomende nucleïnezuurbasen vaste paren met de respectievelijke 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 vijfledige ring met de basispurinestructuur 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 worden ze gecombineerd met de 5-suikerdeoxyribose om het overeenkomstige nucleoside te vormen. In het geval van RNA bestaat de suikergroep uit ribose. Bovendien worden de nucleosiden gefosforyleerd met een fosfaatresidu tot zogenaamde nucleotiden.

De purinebasen hypoxanthine en xanthine, die ook voorkomen in DNA en RNA, 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 nucleobasen, waaruit de dubbele strengen DNA zijn opgebouwd, is het tonen van aanwezigheid op de beoogde positie.

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. ze grijpen niet actief in in het metabolisme en hun biochemische structuur wordt niet veranderd door boodschapper-RNA (mRNA) tijdens het leesproces. Dat verklaart gedeeltelijk de levensduur van DNA.

De halfwaardetijd van 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. In principe worden bij de celdeling de dubbele DNA-strengen opgesplitst 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 nucleïnezuurbase, dihydrouracil, komt alleen voor 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-adenine-dinucleotide (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 aanmaken, maar het proces is complex en energie-intensief.

Daarom heeft het terugwinnen van nucleïnezuren door recycling de voorkeur, b.v. B. door eiwitten af ​​te breken die bepaalde verbindingen bevatten die kunnen worden geïsoleerd en omgezet in nucleïnezuren met weinig energieverbruik of zelfs met energiewinst. 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-).

Er is geen referentiewaarde voor een optimale aanvoer van nucleobasen. Een tekort of een teveel aan nucleobasen kan alleen indirect worden vastgesteld via bepaalde stoornissen in de stofwisseling.

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 vanaf het begin symptomatische ziekten kunnen veroorzaken via metabole stoornissen, die mogelijk ongeneeslijk zijn. Maar zelfs in een gezond genoom kunnen er 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.