Nukleosid

Nukleoside sind strukturelle Untereinheiten von Nukleinsäuren, den Makromolekülen, die genetische Informationen in lebenden Zellen übertragen. Sie bestehen aus einer stickstoffhaltigen Base, die an einen Fünf-Kohlenstoff-Zucker (Pentose) gebunden ist.

Nukleoside sind die biochemischen Vorläufer der Nukleotide, den molekularen Bausteinen der Nukleinsäuren DNA und RNA. Nukleotide sind auch wichtig für den Zellstoffwechsel (ATP ist die Energiewährung der Zelle) und als Co-Enzyme. Nukleotide werden durch Anhängen einer oder mehrerer Phosphatgruppen an das Nukleosid gebildet.

Einige Nukleoside haben wichtige klinische Anwendungen; zum Beispiel sind Puromycin und bestimmte andere Antibiotika Nukleoside, die von Schimmelpilzen produziert werden.

Die menschliche Kreativität zeigt sich auch in der Fähigkeit von Arzneimittelforschern, sich ein Verständnis der Biochemie natürlich vorkommender Nukleoside zunutze zu machen, um synthetische Moleküle, so genannte Nukleosidanaloga, herzustellen. Eine Klasse von antiretroviralen Arzneimitteln wird als nukleosidanaloge Reverse-Transkriptase-Hemmer (NARTIs oder NRTIs) bezeichnet. NRTIs hemmen die Aktivität der Reversen Transkriptase, eines viralen DNA-Polymerase-Enzyms, das von HIV zur Vermehrung benötigt wird. Wenn HIV eine Zelle infiziert, kopiert die reverse Transkriptase das einzelsträngige RNA-Genom des Virus in ein doppelsträngiges virales DNA-Molekül. Die virale DNA wird dann in die chromosomale DNA des Wirts integriert, wodurch der Wirt das Virus reproduzieren kann. NRTIs blockieren die enzymatische Funktion der reversen Transkriptase, unterbrechen die Synthese der doppelsträngigen viralen DNA und verhindern so die Vermehrung von HIV. Um in die virale DNA eingebaut werden zu können, müssen NRTIs in der Zelle durch die Anlagerung von drei Phosphatgruppen aktiviert werden, um NRTI-Triphosphate zu bilden.

Die chemischen Bestandteile von Nukleosiden

Die stickstoffhaltige Base eines Nukleosids (auch Nukleobase genannt) ist in der Regel ein Derivat von Purin oder Pyrimidin, bei denen es sich um heterozyklische Verbindungen handelt (organische Verbindungen, die eine Ringstruktur enthalten, die neben Kohlenstoff auch Atome wie Schwefel, Sauerstoff oder Stickstoff enthält). Die häufigsten Basen in Nukleosiden sind:

• die Purine Adenin und Guanin;
• die Pyrimidine Cytosin, Thymin und Uracil.

Die Zuckerkomponente ist entweder Desoxyribose oder Ribose. („Desoxy“ bedeutet einfach, dass dem Zucker ein Sauerstoffatom fehlt, das in Ribose, der Stammverbindung, vorhanden ist.)

Nachfolgend finden Sie eine Tabelle mit den üblichen Basen und den entsprechenden Nukleosiden:

Stickstoffhaltige Base	Nukleosid	Deoxynukleosid
Adenin	Adenosin A	Deoxyadenosin dA
Guanin	Guanosin G	Deoxyguanosin dG
Thymin	5-Methyluridin m5U	Deoxythymidin dT
Uracil	Uridin U	Deoxyuridin dU
Cytosin	Cytidin C	Deoxycytidin dC

Nukleoside sind Nukleotid-Vorstufen

Ein Nukleotid ist ein Phosphatester eines Nukleosids. In der Chemie sind Ester organische Verbindungen, bei denen eine organische Gruppe ein Wasserstoffatom oder mehrere Wasserstoffatome in einer Sauerstoffsäure ersetzt. Hier ist die Hydroxylgruppe des Nukleosids, die an das Kohlenstoffatom 5 der Zuckereinheit gebunden ist, durch eine oder mehrere Phosphatgruppen ersetzt.

Nukleotide werden nach dem Nukleosid benannt, das der Base entspricht. Zum Beispiel ist das Nukleotid Adenosintriphosphat (ATP) ein Derivat des Nukleosids Adenosin.

Der Abbau von Nukleosiden

In der Zelle findet ein ständiger Umsatz von Nukleotiden statt. Nukleoside entstehen im zweiten Schritt des Nukleinsäureabbaus, wenn eine Klasse von Enzymen, die Nukleotidasen, Nukleotide in ihre Bestandteile Nukleoside und Phosphatgruppen spaltet. Die Nukleoside wiederum werden anschließend abgebaut:

• Im Lumen des Verdauungssystems durch Nukleosidasen in stickstoffhaltige Basen und Ribose (oder Desoxyribose).
• Innerhalb der Zelle durch Nukleosidphosphorylasen in stickstoffhaltige Basen und Ribose-1-Phosphat (oder Desoxyribose-1-Phosphat).

• Lindahl, T. 1993. „Instabilität und Zerfall der Primärstruktur der DNA“. Nature 362(6422): 709-715.
• Stryer, L. 1988. Biochemistry, 4. Auflage. New York, NY: W. H. Freeman. ISBN 071671843X.
• Watson, J. D., und Crick, F. H. C. 1953. Eine Struktur für Desoxyribose-Nukleinsäure (PDF). Nature 171: 737-738. Abgerufen am 26. August 2007.