Nukleoside
Nukleoside (auch Nucleoside) sind organische Moleküle, die aus einer Nukleobase und einer Pentose bestehen.
In einer Zelle kommen verschiedene Nukleoside vor, die sich im Basen- oder Zuckeranteil unterscheiden.
Grundtypen
Die 5 Grundtypen der Nucleoside bestehen entweder aus einer Purin- oder einer Pyrimidin-Base. Wenn sie Bausteine einer RNA sind, ist die Pentose (ein Einfachzucker mit 5 C-Atomen) die Ribose, in der DNA liegt als Pentose die Desoxyribose vor. Die Verknüpfung von Base und Pentose erfolgt bei den Purin-Basen stets über das Stickstoffatom in Position 9, bei den Pyrimidin-Basen über das Stickstoffatom in Position 1, und das 1. C-Atom des Zuckers.
Purin-Basen
Anmerkung: Es ist jeweils nur eine der möglichen tautomeren Strukturen dargestellt.
Pyrimidin-Basen
Abwandlungen der Grundformen
Neben diesen Grundformen gibt es noch zahlreiche Modifikationen, die vor allem in den tRNAs und rRNAs zu finden sind. Diese veränderten Nukleoside entstehen in der Regel erst nach der Transkription und dienen einer Feineinstellung von Struktur, Aktivität und Spezifität der Moleküle. (Siehe dazu die Artikel tRNA, Basenpaarung und Wobble-Hypothese)
Einen Überblick über die möglichen Abwandlungen soll die folgende Auswahl geben. Zum Vergleich sind die Grundformen ebenfalls angeführt:
Pyrimidin-Nukleoside
- Pyrimidin-Grundgerüst
| Name |
Symbol |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
| Cytidin |
C, c |
Ribose |
=O |
|
-NH2 |
|
|
| 2-Thiocytidin |
s2c |
Ribose |
=S |
|
-NH2 |
|
|
| N4-Acetyl-cytidin |
ac4c |
Ribose |
=O |
|
-NH-CO-CH3 |
|
|
| 2’-O-methyl-cytidin |
Cm, m2’G, cm |
2’-O-methyl-Ribose |
=O |
|
-NH2 |
|
|
| 3-Methyl-cytidin |
m3c |
Ribose |
=O |
-CH3 |
-NH2 |
|
|
| 5-Methyl-cytidin |
m5c |
Ribose |
=O |
|
-NH2 |
-CH3 |
|
| Uridin |
U, u |
Ribose |
=O |
|
=O |
|
|
| 2-Thiouridin |
s2u |
Ribose |
=S |
|
=O |
|
|
| Pseudouridin |
P, p, Ψ, Ψrd |
-H |
=O |
|
=O |
Ribose |
|
| Dihydrouridin |
D, d, UH2, Uh |
Ribose |
=O |
|
=O |
-H,-H |
-H,-H |
| 5-(Carboxyhydroxymethyl)-Uridin |
chm5u |
Ribose |
=O |
|
=O |
-CH(OH)-CO2CH3 |
|
| 5-Carboxymethylaminomethyl-Uridin |
cmnm5u |
Ribose |
=O |
|
=O |
-CHNH-CH2-COOCH3 |
|
| 5-Methylaminomethyl-Uridin |
mnm5u |
Ribose |
=O |
|
=O |
-CH2-NH-CH3 |
|
| 5-Methoxy-carbonylmethyl-Uridin |
mcm5u |
Ribose |
=O |
|
=O |
-CH2COOCH3 |
|
| 5-Methoxy-Uridin |
mo5u |
Ribose |
=O |
|
=O |
-O-CH3 |
|
| Ribo-Thymidin |
T, t |
Ribose |
=O |
|
=O |
-CH3 |
|
- Pseudouridin
Purin-Nukleoside
- Purin-Grundgerüst
| Name |
Symbol |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
| Adenosin |
A, a |
|
|
|
|
|
-NH2 |
|
|
Ribose |
| 1-Methyl-adenosin |
m1a |
-CH3 |
|
|
|
|
-NH2 |
|
|
Ribose |
| 2-Methyl-adenosin |
m2a |
|
-CH3 |
|
|
|
-NH2 |
|
|
Ribose |
| N6-Methyl-adenosin |
|
|
|
|
|
|
-NHCH3 |
|
|
Ribose |
| Inosin |
I, i |
|
|
|
|
|
=O |
|
|
Ribose |
| 1-Methyl-inosin |
m1i |
-CH3 |
|
|
|
|
=O |
|
|
Ribose |
| Guanosin |
G, g |
|
-NH2 |
|
|
|
=O |
|
|
Ribose |
| N2-2,2-Dimethyl-guanosin |
GMe2, m22G |
|
-N(CH3)2 |
|
|
|
=O |
|
|
Ribose |
| N2-2-Methyl-guanosin |
m2g |
|
-NHCH3 |
|
|
|
=O |
|
|
Ribose |
| 7+-Methyl-guanosin |
m7g |
|
-NH2 |
|
|
|
=O |
-CH3 |
|
Ribose |
| 2’-O-Methyl-guanosin |
Gm, m2’G |
|
-NH2 |
|
|
|
=O |
|
|
2’-O-Methyl-ribose |
- Inosin
Nukleoside mit verändertem Basengrundgerüst
|
|
Queuosin (Q, q)
β-D-Galactosyl-queuosin (galQ)
β-D-Mannosyl-queuosin (manQ) |
Archaeosin |
|
|
| Wyosin |
Wybutoxosin = Y-Botusin (osyw) |
Biologische Bedeutung
Wird die Hydroxyl-Gruppe des 5. C-Atoms der Pentose eines Nucleosids mit Phosphat verestert, entsteht das entsprechende Nukleotid. Je nach Anzahl der Phosphat-Reste spricht man Mono-, Di- und Triphosphaten.
In den Nukleinsäuren DNA und RNA bilden die Monophosphate die Bausteine. In ihrer Abfolge (der sogenannten Basensequenz) ist die genetische Information codiert.
- In der DNA kommen nur Nukleotide mit Desoxyribose vor: dAMP, dCMP, dGMP, dTMP.
- In der RNA kommen nur Nukleotide mit Ribose vor: AMP, CMP, GMP, UMP (Ausnahmen siehe oben)
- ATP ist der universelle Energieträger im Stoffwechsel. Es dient aber auch als Phosphat-Quelle bei der Phosphorylierung zahlreicher Moleküle im Stoffwechselgeschehen.
- Daneben spielt das GTP als Energieträger im Zitratzyklus eine Rolle.
- cAMP ist ein universeller Botenstoff innerhalb einer Zelle.
- Adenosin-Nukleotide sind auch Bestandteile der Vitamine des B2-Komplexes Nicotinsäure, Riboflavin und Pantothensäure sowie der Kofaktoren (als Coenzyme oder Cosubstrate) NADPH, NADH, FAD, Coenzym A, und Succinyl-Coenzym A.
Medizinische Bedeutung
Nucleosid-Analoga spielen vor allem in der antiretroviralen Therapie (vgl. AIDS) eine große Rolle. Ein Reihe moderner Virostatika enthalten diese Substanzen. Wohl am besten bekannt ist Zovirax®, ein Arzneimittel, das häufig gegen das Herpes simplex (HSV) Virus verschrieben wird und Aciclovir als Wirkstoff enthält. Weiterhin verbreitet ist Ganciclovir, das genau wie Aciclovir ein Guanosin-Analogon ist.
Weitere Basenanaloga die gegen Virusinfektionen verschrieben werden sind z.B. Zidovudine (auch Azidothymidine, kurz AZT), Stavudin, Zalcitabin, Diadenosin, Idoxuridin, Fluridin und Ribavarin.
Einige Medikamente zeigen aber erhebliche Nebenwirkungen weshalb sie für eine Langzeittherapie nur bedingt geeignet sind.
Puromycin
Puromycin (auch Purimycin) ist ein aus dem Bakterium Streptomyces alboniger gewonnenes Nucleosid-Antibiotikum, das die Protein-Biosynthese hemmt und gegen einige Tumore, Amöben, Trypanosomen und Würmer wirksam ist. Da es aber für den Menschen zu giftig ist, wird es nur in Experimenten der Mikrobiologie eingesetzt. Strukturell leitet es sich von Adenosin ab.
Azidothymidin
Azidothymidin (AZT, INN: Zidovudin) war das erste wirksame Arzneimittel gegen das AIDS-Virus. Da es am 3’-Kohlenstoff der Ribose statt einer Hydroxylgruppe eine Azidogruppe aufweist, kann hier bei der Synthese der Virus-DNA die Kette nicht mehr weiterwachsen und es entsteht ein inaktives Provirus.
Siehe auch
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