Nukleinsäuren sind grundlegende Biomoleküle, die in allen lebenden Organismen vorkommen und für die Speicherung, Übertragung und den Ausdruck genetischer Informationen unerlässlich sind. Die Bausteine der Nukleinsäuren nennt man Nukleotide. Ein Nukleotid besteht aus drei Hauptkomponenten: einer stickstoffhaltigen Base, einem Pentosesucker und einer Phosphatgruppe.
Die stickstoffhaltige Base kann zu einer von fünf Arten gehören: Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C), Guanin (G) und Uracil (U). In DNA (Desoxyribonukleinsäure) findet sich Thymin, während in RNA (Ribonukleinsäure) Uracil anstelle von Thymin vorkommt. Nukleotide werden basierend auf der stickstoffhaltigen Base in zwei Klassen kategorisiert: Purine und Pyrimidine. Purine sind Adenin und Guanin, während Pyrimidine Cytosin, Thymin und Uracil umfassen.
Die zweite Komponente, der Pentosesucker, kann entweder Desoxyribose (in DNA) oder Ribose (in RNA) sein. Der Unterschied zwischen diesen beiden Zuckern liegt in der Anwesenheit eines Sauerstoffatoms; Ribose hat eine -OH (Hydroxyl)-Gruppe am zweiten Kohlenstoff, während Desoxyribose nur ein -H (Wasserstoff) Atom hat, was es stabiler macht als Ribose.
Die letzte Komponente, die Phosphatgruppe, verbindet das 5'-Kohlenstoffatom des Zuckers mit dem 3'-Kohlenstoffatom eines anderen Zuckers in der Nukleinsäurekette durch Phosphodiesterbindungen und bildet ein Zucker-Phosphat-Rückgrat, das die Struktur der Nukleinsäuren zusammenhält. Dieses Rückgrat ist entscheidend für die Integrität und Stabilität der Nukleinsäuren.
Wenn Nukleotide miteinander verbunden werden, bilden sie Nukleinsäuren wie DNA und RNA. DNA ist typischerweise doppelsträngig und bildet eine helicale Struktur, die als Doppelhelix bekannt ist, während RNA in der Regel einsträngig ist und eine Rolle bei der Proteinsynthese und der Regulation der Genexpression spielt.
Nukleotide spielen auch eine entscheidende Rolle über die bloßen Bausteine hinaus; sie fungieren als Energieträger in Form von Adenosintriphosphat (ATP) und agieren als Signalmoleküle. Beispielsweise ist cyclisches Adenosinmonophosphat (cAMP) an der Übertragung von Signalen innerhalb von Zellen beteiligt. Somit sind Nukleotide nicht nur entscheidend für die Bildung von Nukleinsäuren, sondern spielen auch eine wichtige Rolle in verschiedenen Zellfunktionen.