Genetik

Nukleotide sind die kleinsten Bausteine unserer Erbinformation. Wie sie aufgebaut sind und welche verschiedenen Varianten es gibt, erfährst du hier. %Schau dir direkt unser Video zu dem Thema an, um es noch schneller zu verstehen!

Inhaltsübersicht

Was ist ein Nukleotid?

Unter einem Nukleotid (nt) verstehst du ein chemisches Molekül . Es bildet den Grundbaustein der Nukleinsäuren Desoxyribonukleinsäure (DNA ) und Ribonukleinsäure (RNA ). 

Es ist aus drei Bestandteilen aufgebaut, die miteinander verknüpft sind. Dazu gehören ein Zuckermolekül, eine von fünf Nukleobasen (Adenin, Thymin, Cytosin, Guanin und Uracil) und eine Phosphatgruppe. 

Du kannst zwischen Nukleosid und Nukleotid unterscheiden: 

  • Nukleosid := Nukleobase + Zucker
  • Nukleotid := Nukleobase + Zucker + Phosphat 

%</span><img src="https://hoffmeister.it/biologie/08vererbung_(genetik)_und_entwicklung/08.12molekulare_grundlagen_der_vererbung_(molekulargenetik)/nukkleosid_und_nulkeotid.png" alt="Freies Lehrbuch Biologie: 08.12 Molekulare Grundlagen der Vererbung  (Molekulargenetik)" /><span style="color: #ff00ff;"> %Beschriftung: Nukleotid Nukleosid, Alt-Text: Nukleosid Nukleotid, Base, Phosphat, nucleotide, DNA, RNA %@animation: nur schematisch Unterschied Nukleosid und Nukleotid, anstatt T mit Base beschriften

Nukleosid Nukleotid, Base, Phosphat, nucleotide, DNA, RNA
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Nukleotid Nukleotid
Nukleotid Definition

Ein Nukleotid (engl. nucleotide) besteht aus einem Zuckermolekül, einer organischen Base und einem Phosphatrest. Es ist der Grundbaustein der Nukleinsäuren. 

Nukleotid Aufbau

Ein Nukleotid ist also aus den folgenden drei Bestandteilen aufgebaut: 

  • Zucker: ein Einfachzucker mit 5 Kohlenstoffatomen (C) (= Pentose), entweder Ribose (RNA) oder Desoxyribose (DNA)
  • Nukleobase: eine der Purinbasen Adenin (A) und Guanin (G) oder eine der Pyrimidinbasen Cytosin (C), Thymin (T) oder Uracil (U) 
  • Phosphat: ein Rest aus ein, zwei oder drei Phosphatgruppen (PO43- )

%</span><img class="size-medium wp-image-88757 aligncenter" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/11/Nukleotid_WP-1-300x169.jpg" alt="" width="300" height="169" /><span style="color: #ff00ff;"> %Beschriftung: Nukleotid Aufbau, Alt-Text: Phosphat, Ribose, DNA Base, organische Base, Thymin, Adenin, Cytosin, Guanin, Uracil %@animation: hier bitte die Bindung noch nicht beschriften

Phosphat, Ribose, DNA Base, organische Base, Thymin, Adenin, Cytosin, Guanin, Uracil
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Nukleotid Aufbau

Nukleotide Chemie

Die einzelnen Bausteine sind nun auf eine bestimmte Art miteinander verknüpft. 

  • Zucker und Base sind am ersten Kohlenstoffatom (C1′) des Zuckers über eine N-glykosidische Bindung miteinander verknüpft. Das bedeutet, dass sich ein Stickstoffatom der Base mit dem Kohlenstoffatom des Zuckers verbindet.
  • Zucker und Phosphat-Rest sind am C5′-Atom des Zuckers über eine Esterbindung (-ROOR) verknüpft. Dabei werden die Hydroxygruppe (-OH) des Zuckers und die Säuregruppe der Phosphorsäure verbunden. 
  • Bei mehreren Phosphatresten sind die Phosphatgruppen untereinander durch Phosphorsäureanhydridbindungen verknüpft. Die Anhydridbindung entsteht aus einer Säure oder einer Base durch die Abspaltung von Wasser. Hier bildet sich das Anhydrid der Phosphorsäure. 

%<img class="alignnone size-medium wp-image-91271" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/11/Aufbau-Nukleotid-300x169.jpg" alt="" width="300" height="169" /></span><span style="color: #ff00ff;"> %Beschriftung: Nukleotid Bindungen, Alt-Text: Esterbindung, N glykosidische Bindung, Phosphorsäureanhydridbindung, Anhydridbindung %@animation: hier bitte an die Ribose am C3 noch eine OH Gruppe und am C2 ein R anhängen und die drei Phosphatreste in unterschiedlichen Farben zeigen mit Struktur, die linken beiden Bindungen dazwischen mit Phosphorsäureanhydridbindung beschriften, Beschriftung Nukleotid unten weglassen

Esterbindung, N glykosidische Bindung, Phosphorsäureanhydridbindung, Anhydridbindung
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Nukleotid Bindungen

Nukleotide Typen

Je nachdem, welche Art der Bestandteile in einem Molekül miteinander verbunden sind, kannst du mehrere Typen von Nukleotiden unterscheiden.

Es gibt also zunächst die Unterscheidung zwischen den zwei Formen der Ribose, abhängig davon, ob das Nukleotid in DNA oder RNA eingebaut wird – Desoxyribonukleotide oder Ribonukleotide. Dann kannst du dafür jeweils zwischen vier verschiedenen Basen unterscheiden. Bei der DNA sind das die 4 Basen A, C, G, und T. Bei der RNA wird die DNA-Base Thymin gegen Uracil ausgetauscht. Abhängig von der Anzahl an Phosphatresten unterscheidest du Mono-, Di- und Triphosphate (1, 2 oder 3 Phosphatreste). 

%<img class="size-medium wp-image-104312" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/11/WP_DNA_Basen-300x169.jpg" alt="Adenin, Thymin, Cytosin, Guanin, Purinbase, DNA, Pyrimidinbase" width="300" height="169" /> %Beschriftung: DNA und RNA Basen, Alt-Text: Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin, Uracil, DNA Basen %@animation: rechts bitte noch Uracil hinzufügen

Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin, Uracil, DNA Basen
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DNA und RNA Basen

Im Fall der RNA ist die Ribose also nur mit Uracil und nicht mit Thymin verknüpft. Ansonsten können aber auch Nukleotide vorkommen, die Ribose als Zucker und Thymin als Base enthalten. Hier haben wir dir alle möglichen Nukleotid-Kombinationen mit Ribose in einer Tabelle aufgelistet: 

Nukleobase Nukleosid Nukleotide Abkürzung
Adenin (A) Adenosin

Adenosinmonophosphat
Adenosindiphosphat
Adenosintriphosphat

AMP
ADP
ATP

Guanin (G) Guanosin Guanosinmonophosphat
Guanosindiphosphat
Guanosintriphosphat

GMP
GDP
GTP

 

Cytosin (C) Cytidin

Cytosinmonophosphat
Cytosindiphosphat
Cytosintriphosphat

CMP
CDP
CTP
Thymin (T) Thymidin Thymidinmonophosphat
Thymidindiphosphat
Thymidintriphosphat
TMP
TDP
TTP
Uracil (U) Uridin

Uridinmonophosphat
Uridindiphosphat
Uridintriphosphat

UMP
UDP
UTP

Entsprechend kannst du alle Nukleoside, die den DNA-Zucker Desoxyribose enthalten zum Beispiel als Desoxyadenosin bezeichnen. Die Abkürzungen ergänzt du dann durch ein kleines d (z.B. dAMP).

Nukleotide in DNA und RNA

Die einzelnen Nukleotide können nun zu langen Ketten verknüpft werden. Dabei entstehen Polynukleotide, die du dann als Nukleinsäuren bezeichnest. 

Dazu verbindet sich der Phosphatrest am C5′-Atom eines Nukleotids mit der Hydroxygruppe am C3′-Atom eines zweiten Nukleotids. Die Reaktion findet unter Abspaltung eines Pyrophosphatrests (PPi) statt. So entsteht ein RNA-/ DNA-Strang, bei dem abwechselnd Zucker und Phosphat miteinander verbunden sind. Daher kannst du das DNA-Rückgrat auch als Zucker-Phosphat-Rückgrat bezeichnen. 

Ribose, Desoxyribose, Nukleotide, Nukleinsäuren, Zucker-Phosphatrückgrat
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Aufbau Nukleinsäureketten bei DNA und RNA

%<img class="alignnone size-medium wp-image-100865" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2021/01/Aufbau-Nukleinsäureketten-bei-DNA-und-RNA-1-300x169.jpg" alt="" width="300" height="169" />

Daran angebunden sind die verschiedenen Basen. Immer zwei bestimmte Basen können ein Basenpaar bilden. Dabei paaren sich normalerweise C und G oder A und T (bzw. U). So können sich zwei DNA-Stränge miteinander verbinden. Das ergibt dann die besondere Struktur der DNA-Doppelhelix. Sie ist der Bestandteil des Genoms einer Zelle.  Wenn du noch mehr über den DNA Aufbau erfahren möchtest, dann gibt es hier genau das richtige Video für dich!

Zum Video: DNA Aufbau
Zum Video: DNA Aufbau

Nukleotide in der Biochemie

Nukleotide spielen allerdings nicht nur eine Rolle als Bausteine der Nukleinsäuren. Sondern einige von ihnen sind auch als einzelne Moleküle wichtig. Sie nehmen zum Beispiel die Funktion von Energieüberträgern oder Aktivatoren ein. Dazu gehören unter anderem: 

  • ATP und GTP: Adenosintriphosphat und Guanosintriphosphat sind wichtige Energieträger in unserem Körper. Unter Energiefreisetzung wird ATP zu Adenosindiphosphat (ADP) + Phosphat (Pi ) bzw. GTP zu Guanosindiphosphat (GDP) + Pi gespalten. 
  • cAMP und cGMP: cyclisches (ringförmiges) Adenosinmonophosphat (AMP) und Gunanosinmonophosphat (GMP) sind an der Signaltransduktion in vielen verschiedenen Vorgängen in Zellen beteiligt. 
  • ADP: Adenosindiphosphat ist außerdem ein Baustein des Coenzyms A. Es hat eine aktivierende Wirkung im Stoffwechsel. 

Du weißt nicht, was ein Coenzym genau ist und wie es funktioniert? Kein Problem! Auch zu diesem Thema haben wir einen eigenen Beitrag für dich vorbereitet.

Zum Video: Coenzym
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