Nukleobáze

Nukleobáze jsou stavební bloky, ze kterých jsou dlouhé řetězce molekul DNA a RNA složeny ve své fosforylované nukleotidové formě.

V DNA, která tvoří dvojitá vlákna podobná provazům, tvoří 4 nastávající nukleové báze pevné páry s příslušnou komplementární bází prostřednictvím vodíkových můstků. Nukleobáze sestávají buď z bicyklického purinu, nebo z monocyklického pyrimidinového skeletu.

Co jsou nukleobáze?

4 nukleobázy adenin, guanin, cytosin a thymin, jako stavební bloky dlouhých řetězců dvojité molekuly DNA, tvoří konstantní párování adenin-thymin (A-T) a guanin-cytosin (G-C).

Každá z těchto dvou bází adeninu a guaninu sestává z modifikovaného bicyklického šesti a pěti kruhů základní struktury purinu, a proto se také označují jako purinové báze. Základní struktura dalších dvou nukleových bází, cytosinu a tyminu, sestává z heterocyklického aromatického šestičlenného kruhu, který odpovídá modifikovanému pyrimidinovému skeletu, a proto se také označují jako pyrimidinové báze. Protože RNA je většinou přítomna jako jednotlivé řetězce, zpočátku zde neexistují žádné páry bází. K tomu dochází pouze během replikace prostřednictvím mRNA (messenger RNA).

Kopie řetězce RNA sestává z komplementárních nukleobáz analogických s druhým řetězcem DNA. Jediný rozdíl je v tom, že uracil je v RNA nahrazen thyminem. Molekuly řetězce DNA a RNA se nevytvářejí v čisté formě nukleobázami, ale spíše v případě DNA se kombinují s 5-cukernou deoxyribózou za vzniku odpovídajícího nukleosidu. V případě RNA sestává cukrová skupina z ribózy. Kromě toho jsou nukleosidy fosforylovány na tzv. Nukleotidy fosfátovým zbytkem.

Purinové báze hypoxanthin a xanthin, které se také nacházejí v DNA a RNA, odpovídají modifikovanému thyminu. Hypoxanthin je tvořen z adeninu nahrazením aminoskupiny (-NH3) hydroxylovou skupinou (-OH) a xanthin je tvořen z guaninu. Obě nukleobáze nepřispívají k přenosu genetické informace.

Funkce, efekt a úkoly

Jednou z nejdůležitějších funkcí nukleových bází, které tvoří dvojité řetězce DNA, je prokázat přítomnost v určené poloze.

Sekvence nukleobáz odpovídá genetickému kódu a definuje typ a sekvenci aminokyselin, z nichž jsou proteiny složeny. To znamená, že nejdůležitější funkce nukleobáz jako součásti DNA sestává z pasivní, statické role, tj. Aktivně nezasahují do metabolismu a jejich biochemická struktura se během procesu čtení nemění messengerovou RNA (mRNA). To částečně vysvětluje životnost DNA.

Poločas mitochondriální DNA (mtDNA), během které se polovina původně existujících vazeb mezi nukleobázami rozpadá, je vysoce závislý na podmínkách prostředí a pohybuje se mezi přibližně 520 lety za průměrných podmínek s pozitivními teplotami a až 150 000 roky za permafrostových podmínek .

V rámci RNA hrají nukleobáze poněkud aktivnější roli. V zásadě, když se buňky dělí, dvojité řetězce DNA se rozdělí a od sebe oddělí, aby bylo možné vytvořit komplementární řetězec, mRNA, která, tak řečeno, tvoří pracovní kopii genetického materiálu a slouží jako základ pro výběr a sekvenci aminokyselin, z nichž zamýšlené proteiny jsou sestaveny. Další nukleová báze, dihydrouracil, se nachází pouze v takzvané transportní RNA (tRNA), která se používá k transportu aminokyselin během syntézy proteinu.

Některé nukleobázy plní zcela jinou funkci jako součást enzymů, které aktivně katalyticky umožňují a řídí určité biochemické procesy. Adenin plní svůj nejznámější úkol jako nukleotid v energetické rovnováze buněk. Adenin hraje důležitou roli jako donor elektronů jako adenosin difosfát (ADP) a adenosin trifosfát (ATP) a také součást nikotinamid adenin dinukleotidu (NAD).

Vzdělávání, výskyt, vlastnosti a optimální hodnoty

V nefosforylované formě tvoří nukleobáze výhradně uhlík, vodík a kyslík, látky, které jsou všudypřítomné a volně dostupné. Tělo je tedy schopné syntetizovat samotné nukleobáze, ale tento proces je složitý a energeticky náročný.

Proto je výhodné získat nukleové kyseliny recyklací, např. B. rozkladem proteinů, které obsahují určité sloučeniny, které lze izolovat a přeměnit na nukleové kyseliny s malým energetickým výdajem nebo dokonce s energetickým ziskem. Nukleové kyseliny se v těle obvykle nevyskytují v čisté formě, ale většinou jako nukleosidy nebo deoxynukleosidy s navázanou molekulou ribózy nebo deoxyribózy. Jako složka DNA a RNA a jako součást určitých enzymů jsou nukleové kyseliny nebo jejich nukleosidy reverzibilně fosforylovány jednou až třemi fosfátovými skupinami (PO4-).

Referenční hodnota pro optimální zásobování nukleobáz neexistuje. Nedostatek nebo nadbytek nukleobáz lze určit pouze nepřímo prostřednictvím určitých metabolických poruch.

Nemoci a poruchy

Typem nebezpečí, poruch a rizik, které jsou spojeny s nukleobázami, jsou chyby v počtu a sekvenci na řetězcích DNA nebo RNA, které vedou ke změně v kódování syntézy proteinů.

Pokud tělo nedokáže napravit poruchu pomocí opravných mechanismů, dojde k syntéze biologicky neaktivních nebo použitelných proteinů, což může zase vést k mírným až vážným metabolickým poruchám. Může to např. Existují mutace B. genu, které mohou od počátku vyvolat symptomatická onemocnění prostřednictvím metabolických poruch, které mohou být nevyléčitelné. Ale iu zdravého genomu se mohou při replikaci řetězců DNA a RNA vyskytnout chyby při kopírování, které ovlivňují metabolismus.

Známá metabolická porucha v purinové rovnováze je z. B. zpět k genetickému defektu na x chromozomu. Kvůli genetické vadě nelze purinové báze hypoxanthin a guanin recyklovat, což nakonec podporuje tvorbu močových kamenů a dnu v kloubech.