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Ein Nucleotid besteht aus einer stickstoffhaltigen organischen Base, einen Zucker und einer oder mehrer Phosphatgruppen. Die Basen leiten sich formal entweder von Pyrimidin oder vom Purin ab.
Die drei wichtigsten Pyrimidinbasen sind das Cytosin, das Thymin und das Uracil.
Die beiden wichtigsten Purinbasen sind das Adenin und das Guanin.
Ein Nucleosid ist eine Base mit einer Pentose, entweder Ribose oder Desoxyribose, verbunden. Ein Nucleotid ist der Phosphatester eines Nucleosids.
In der Regel erfolgt die Bindung über das C5-Atom der Pentose, das 5'-Nucleotid, hierbei bezieht sich das 5' auf das C5-Atom der Pentose, die Angabe 5 ("ohne Strich") würde dem C5-Atom der Base gelten.
Aus Adenin, Ribose und Phosphat entsteht zum Beispiel ein als Adenosin-5'-phosphat oder einfacher Adenosinmonophosphat (AMP) bezeichnetes Nucleotid.Anstelle einer einer einfachen Phosphatgruppe kann auch ein Diphosphat (Bsp.: Adenosindiphosphat ADP) oder ein Triphosphat (Bsp.: Adenosintriphosphat ATP) stehen. Wird allgemein von Nucleotidtriphosphaten gesprochen, benutzt man NTP.
Nucleotide können miteinander zu Polynucleotiden kondensieren. Die kovalente Bindung zwischen den Monomeren erfogt dabei von der Phosphatgruppe eines Nucleotides zur Hydroxylgruppe am C3-Atom der Pentose des nächsten Nucleotids. So entstehen Nucleinsäuren, entweder eine Desoxyribonucleinsäure (DNA oder DNS) oder eine Ribonucleinsäure (RNA oder RNS).
Nucleinsäuren besitzen eine Längskette sich stets wiederholender Zucker-Phosphat-Gruppen (Zucker-Phosphat-Rückgrat) und variablen Seitengruppen (Basen). Bei der DNA kann das Makromolekül eine Masse bis zu 109u und eine Länge von bis zu 1 mm erreichen.