Nukleotide

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 21. November 2016
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Als Nukleotid bezeichnet man einen Grundbaustein von Ribonukleinsäure (RNA) bzw. Desoxyribonukleinsäure (DNA), das über einen Basen-, Zucker- bzw. Phosphatbestandteil verfügt. In den Zellen haben Nukleotide lebenswichtige Funktionen und sind beispielsweise an der hormonellen Signalübertragung bzw. an der Energiegewinnung beteiligt.

Inhaltsverzeichnis

Was sind Nukleotide?

Nukleotide sind die Grundbausteine der RNA und DNA. Sie sind aus einem Zuckermolekül, einer spezifischen Base sowie einer Phosphatgruppe aufgebaut.

Nukleotide werden im genetischen Code verwendet und viele Arten, wie zum Beispiel das GTP, das cAMP oder das ATP, erfüllen darüber hinaus lebensnotwendige Zellfunktionen. Die Riesenmoleküle RNA bzw. DNA bestehen aus insgesamt fünf unterschiedlichen Nukleotid-Sorten.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Nukleotide sind sehr wichtig für die Neubildung von Zellen sowie den Energiestoffwechsel und fungieren auch als Botenstoffe. Ohne Nukleotide könnte ein Körper nicht funktionieren.

Mit Hilfe der Nukleotide kann der Organismus nach Krankheiten oder Verletzungen seine Funktion wieder herstellen. Dafür sind viele Baustoffe und viel Energie erforderlich, die jedoch im Fall eines Mangels an Nukleotiden nicht in ausreichender Menge zur Verfügung stehen. Im Allgemeinen erfüllen Nukleotide also folgende Aufgaben im Körper:

  • Energieträger: Dafür benötigt man die Anhydridbindungen, die sehr energiereich sind
  • Vorstufen von Syntheseprodukten wie zum Beispiel RNA und DNA
  • Teile von Coenzymen: Diese sind wichtig für den Ablauf verschiedenster chemischer Reaktionen
  • Allosterische Modulationsfunktion: Nukleotide haben die Aufgabe, die Aktivität von Schlüsselenzymen zu regulieren

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Ein Nukleotid besteht aus folgenden Bestandteilen:

  • einem Monosaccharid, das aus 5 C-Atomen aufgebaut ist und auch als Pentose bezeichnet wird
  • einem Phosphorsäurerest sowie
  • aus einer der insgesamt fünf Nukleobasen (Uracil, Thymin, Cytosin, Guanin, Adenin)

Der Zucker wird dabei mit der Base und dem Phosphor verknüpft. Wird Phosphat an ein Nukleosid gebunden, so kommt es zur Bildung des einfachsten Nukleotids, dem so genannten Mononukleotids. Unter Wasserabspaltung bildet das Phosphat eine Esterbindung mit dem 5-C-Atom des Nukleosids. Daher werden Nukleotide sehr häufig auch "Phosphatester der Nukleoside" genannt.

Werden weitere Phosphatreste angelagert, so entstehen Nukleosiddi- bzw. Nukleosidtriphosphate. Zwischen den Phosphaten entstehen Phosphorsäureanhydridbindungen, die über sehr viel Energie verfügen. In der DNA werden nur Thymin, Cytosin, Guanin bzw. Adenin verwendet, wohingegen in der RNA Uracil statt Thymin vorhanden ist. Außerdem gibt es auch eine Reihe anderer Basen, die als seltene Basen bezeichnet werden, da sie in Nukleinsäuren nur in sehr geringen Mengen vorhanden sind. Dazu zählen beispielsweise hydroxylierte bzw. methylierte Purin- sowie Pyrimidinbasen wie das Pseudouridin, Dihydrouracil oder das 5-Methylcytosin.

Drei Nukleotide, die miteinander verbunden sind, bilden die kleinste Einheit, die notwendig ist, um in der RNA bzw. DNA die genetische Information zu codieren. Diese Informationseinheit wird als Codon bezeichnet. Grundsätzlich werden zwei Typen von Nukleotiden unterschieden: Pyrimidinnukleotide bzw. Purinnukleotide. Purinnukleotide verfügen dabei über ein heterozyklisches Ringsystem, das aus zwei Ringen aufgebaut ist, Pyrimidinnukleotide haben nur einen Ring.

Nukleotide sind ein natürlicher Bestandteil tierischer und pflanzlicher Nahrung und in allen Zelle zu finden. Die polymeren Nukleinsäuren, die mit der Nahrung aufgenommen werden, baut der Organismus zu Nukleotiden bzw. Nukleosiden ab, die in weiterer Folge im Dünndarm absorbiert werden. In Lebensmitteln kommen Nukleinsäuren jedoch in unterschiedlichen Mengen vor. Einen sehr hohen Anteil haben Innereien, viele Nukleinsäuren enthalten aber auch Fleisch und Fisch.

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Krankheiten & Störungen

Gesunde Menschen sind in der Lage, Nukleotid-Verbindungen in ausreichender Menge aus Nahrungsmitteln aufzunehmen, sie aus Zellen zu recyclen oder endogen zu synthetisieren. Wenn die endogene Versorgung aber nicht ausreichend ist, so ist es äußerst wichtig, Nukleotide mit der Nahrung zu sich zu führen.

Vor allem Gewebe, die einen hohen Energiebedarf haben, benötigen Nukleotide in ausreichender Menge. Dazu zählen beispielsweise der Darm, die Leber, das Immunsystem, die Muskulatur bzw. das Nervensystem. In diesen Geweben kommt es besonders oft zu chronischen Erkrankungen. Andere Gewebetypen wie das Gehirn, Lymphozyten, Erythrozyten oder Leukozyten können Nukleotide nicht synthetisieren und sind ebenfalls auf die Versorgung über bestimmte Nahrungsmittel angewiesen. Bei bestimmten Krankheitszuständen oder bei einer verminderten Nukleotidaufnahme sind diätetische Nukleotide empfehlenswert, um die Funktion von Geweben zu optimieren.

Nukleotide, die mit der Nahrung aufgenommen werden, stimulieren das Bifidobakerien-Wachstum. Des Weiteren können auch Läsionen im Gastrointestinaltrakt reduziert sowie die Länge bzw. das Wachstum der Darmzotten erhöht werden. Vor allem bei Kindern, die sehr schnell wachsen, bei großen Verletzungen oder Infektionen stellt sich die Frage, ob die Eigensynthese ausreichend ist, um einen erhöhten Nukleotid-Bedarf abdecken zu können. Muttermilch enthält einen relativ hohen Nukleotidanteil, daher sollten Säuglinge, die mit Muttermilch ernährt werden, auch über eine entsprechende Zufuhr verfügen.

Ändert sich die Nukleotidsequenz der Gene, so spricht man von einer Mutation. So kann beispielsweise ein Nukleotidpaar in der DNA durch ein anderes ersetzt werden. In diesem Fall spricht man von einer Punktmutation oder einer "stillen Mutation". Gehen ein oder mehrere Nukleotidpaare verloren oder werden Paare eingefügt, so tritt innerhalb eines Gens entweder eine Deletion oder eine Insertion auf.

In vielen Fällen verfügt das gebildete Protein dann über eine völlig andere Struktur und ist nicht in der Lage, seine Aufgaben zu erfüllen. Mutationen können entweder durch mutagene Stoffe oder Strahlen verursacht werden oder auch spontan auftreten. Dadurch können einzelne Basen verändert und die DNA geschädigt werden.

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