Nukleinsäuren sind wichtige Makromoleküle für den Fortbestand des Lebens. Sie tragen den genetischen Bauplan einer Zelle und sind Träger von Anweisungen für das Funktionieren der Zelle.

Abbildung 1. Ein Nukleotid besteht aus drei Komponenten: einer stickstoffhaltigen Base, einem Pentosezucker und einer Phosphatgruppe.

Die beiden Haupttypen von Nukleinsäuren sind Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA). Die DNA ist das genetische Material, das in allen lebenden Organismen zu finden ist, von einzelligen Bakterien bis hin zu mehrzelligen Säugetieren.

Die andere Art von Nukleinsäure, die RNA, ist hauptsächlich an der Proteinsynthese beteiligt. Die DNA-Moleküle verlassen den Zellkern nie, sondern kommunizieren über ein RNA-Zwischenglied mit dem Rest der Zelle. Andere RNA-Typen sind ebenfalls an der Proteinsynthese und ihrer Regulierung beteiligt.

DNA und RNA bestehen aus Monomeren, den so genannten Nukleotiden. Die Nukleotide verbinden sich miteinander und bilden ein Polynukleotid, die DNA oder RNA. Jedes Nukleotid besteht aus drei Komponenten: einer stickstoffhaltigen Base, einem Pentosezucker (mit fünf Kohlenstoffatomen) und einer Phosphatgruppe (Abbildung 1). Jede stickstoffhaltige Base in einem Nukleotid ist an ein Zuckermolekül gebunden, das wiederum an eine Phosphatgruppe gebunden ist. Die Nukleotide sind durch Phosphodiesterbindungen miteinander verbunden und bilden das Polynukleotid.

DNA-Doppelhelixstruktur

Abbildung 2. Das Doppelhelix-Modell zeigt die DNA als zwei parallele Stränge ineinander verschlungener Moleküle. (credit: Jerome Walker, Dennis Myts)

Die DNA hat eine doppelhelicale Struktur (Abbildung 2). Sie besteht aus zwei Strängen oder Polymeren von Nukleotiden. Die Stränge werden durch kovalente Bindungen zwischen Phosphat- und Zuckergruppen benachbarter Nukleotide gebildet.

Die beiden Stränge sind an ihren Basen durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden, und die Stränge wickeln sich entlang ihrer Länge umeinander, daher die Bezeichnung „Doppelhelix“, die eine Doppelspirale bedeutet.

Die abwechselnden Zucker- und Phosphatgruppen liegen an der Außenseite jedes Strangs und bilden das Rückgrat der DNA. Im Inneren sind die stickstoffhaltigen Basen wie die Stufen einer Treppe gestapelt, und diese Basen paaren sich; die Paare sind durch Wasserstoffbrückenbindungen aneinander gebunden. Die Basen paaren sich so, dass der Abstand zwischen den Rückgraten der beiden Stränge über das gesamte Molekül hinweg gleich ist.

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