miniatur|hochkant=1.5|Aufbau von Nukleotiden und Nukleosiden. Bei einem Nukleosid ist die 5′-OH-Gruppe der Pentose nicht mit einer Phosphatgruppe verestert. Über das C1′-Atom ist eine Base mit dieser Pentose verknüpft. Falls der Rest R eine Hydroxygruppe ist, liegt eine Ribose vor, bei einem Wasserstoffrest spricht man von einer Desoxyribose. 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. Sie enthalten im Unterschied zu den Nukleotiden von Nukleinsäuren (DNA oder RNA) keine Phosphatreste.

Grundtypen Die fünf Grundtypen der Nukleoside bestehen entweder aus einer Purin- oder einer Pyrimidinbase. Wenn sie Bausteine einer RNA sind, ist die Pentose (ein Einfachzucker mit fünf C-Atomen) die Ribose, in der DNA liegt als Pentose die Desoxyribose vor. Deshalb nennt man die Bausteine der DNA genauer Desoxynukleoside, während Nukleoside im engeren Sinne die Bausteine der verschiedenen RNA-Formen sind. 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 C1′-Atom des Zuckers.

Purin-Basen + Nukleobase Nukleosid Desoxynukleosid 80px|Adenin 120px|Adenosin 120px|Desoxyadenosin Adenin Adenosin, A Desoxyadenosin, dA 110px|Guanin 150px|Guanosin 150px|Desoxyguanosin Guanin Guanosin, G Desoxyguanosin, dG

Anmerkung: Es ist jeweils nur eine der möglichen tautomeren Strukturen dargestellt.

Pyrimidin-Basen + Nukleobase Nukleosid Desoxynukleosid 65px|Cytosin 110px|Cytidin 110px|Desoxycytidin Cytosin Cytidin, C Desoxycytidin, dC 100px|Thymin 110px|5-Methyluridin 110px|Desoxythymidin Thymin Ribothymidin TLöffler, Petrides, Heinrich: Biochemie und Pathobiochemie. 8. Auflage. Springer, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-32680-9. (= 5-Methyluridin) Desoxythymidin, dT 65px|Uracil 110px|Uridin 110px|Desoxyuridin Uracil Uridin, U Desoxyuridin, dU

Abwandlungen der Grundformen Neben diesen Grundformen gibt es noch zahlreiche Modifikationen, die vor allem in den tRNAs und rRNAs zu finden sind.Patrick A. Limbach, Pamela F. Crain, James A. McCloskey: „Summary: the modified nucleosides of RNA“, Nucleic Acids Research, 1994, 22 (12), S. 2183–2196 (doi:10.1093/nar/22.12.2183, , PMID 7518580). Einige finden sich auch in der DNA.Melanie Ehrlich, Miguel A. Gama-Sosa, Laura H. Carreira, Lars G. Ljungdahl, Kenneth C. Kuo, Charles W. Gehrke: „DNA methylation in thermophilic bacteria: N4-methylcytosine, 5-methylcytosine, and N6-methyladenine“, Nucleic Acids Research, 1985, 13 (4), S. 1399–1412 (doi:10.1093/nar/13.4.1399, , PMID 4000939). Diese veränderten Nukleoside entstehen in der Regel erst nach der Transkription und dienen einer Feineinstellung von Struktur, Aktivität und Spezifität der Moleküle. Die meisten Modifikationen entstehen durch Methylierung.

Einen Überblick über die möglichen Abwandlungen soll die folgende Auswahl geben. Zum Vergleich sind die Grundformen ebenfalls angeführt:

Pyrimidin-Nukleoside + Pyrimidin-Nukleoside (Auswahl) Name Symbol Pyrimidin-Grundstruktur R1 R2 R3 R4 R5 R6 Cytidin C 100px|Pyrimidin-Grundgerüst Ribose =O –NH2 3-Methylcytidin m3C Ribose =O –CH3 –NH2 5-Methylcytidin m5C Ribose / Desoxyribose =O –NH2 –CH3 N4-Methylcytidin m4C Ribose / Desoxyribose =O –NH–CH3 N4,N4-Dimethylcytidin m42C Ribose =O –N(CH3)2 2′-O-Methylcytidin Cm 2′-O-Methyl-ribose =O –NH2 Isocytidin (synth.) iC Ribose –NH2 =O Pseudocytidin (synth.) ΨC –H =O –NH2 Ribose Pseudoisocytidin (synth.) psiC –H –NH2 =O Ribose 2-Thiocytidin s2C Ribose =S –NH2 N4-Acetylcytidin ac4C Ribose =O –NH–CO–CH3 Uridin U Ribose =O =O 3-Methyluridin m3U Ribose =O –CH3 =O 2′-O-Methyluridin Um 2′-O-Methyl-ribose =O =O Pseudouridin P, Ψ, Ψrd –H =O =O Ribose Dihydrouridin D, UH2, Uh Ribose =O =O –H,–H –H,–H 5-Methoxyuridin mo5U Ribose =O =O –O–CH3 5-(Carboxyhydroxymethyl)-Uridin chm5U Ribose =O =O –CH(OH)–CO2CH3 5-Carboxymethylaminomethyl-Uridin cmnm5U Ribose =O =O –CH2–NH–CH2–CO2CH3 5-Methylaminomethyl-Uridin mnm5U Ribose =O =O –CH2–NH–CH3 5-Methoxy-carbonylmethyl-Uridin mcm5U Ribose =O =O –CH2–CO2CH3 2-Thiouridin s2U Ribose =S =O 4-Thiouridin s4U Ribose =O =S Ribothymidin (= 5-Methyluridin) T, m5U Ribose =O =O –CH3 Dihydrothymidin Desoxyribose =O =O –H,–CH3 –H,–H

Purin-Nukleoside + Purin-Nukleoside (Auswahl) Name Symbol Purin-Grundstruktur R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 Adenosin A 150px|Purin-Grundgerüst –NH2 Ribose 1-Methyladenosin m1A –CH3 –NH2 Ribose 2-Methyladenosin m2A –CH3 –NH2 Ribose N6-Methyladenosin m6A –NH–CH3 Ribose / Desoxyribose N6,N6-Dimethyladenosin m62A –N(CH3)2 Ribose 2′-O-Methyladenosin Am –NH2 2′-O-Methyl-ribose Inosin I =O Ribose 1-Methylinosin m1I –CH3 =O Ribose 2′-O-Methylinosin Im =O 2′-O-Methyl-ribose Guanosin G –NH2 =O Ribose 1-Methylguanosin m1G –CH3 –NH2 =O Ribose 7+-Methylguanosin m7G –NH2 =O –CH3 Ribose N2-Methylguanosin m2G –NH–CH3 =O Ribose N2,N2-Dimethylguanosin m22G –N(CH3)2 =O Ribose 2′-O-Methylguanosin Gm –NH2 =O 2′-O-Methyl-ribose Isoguanosin (synth.) iG =O –NH2 Ribose

Hypermodifizierte Nukleoside und mit verändertem Basengrundgerüst 150px|Queuosin 150px|Archaeosin Queuosin (Q, obiges Bild)β-D-Galactosyl-queuosin (galQ) β-D-Mannosyl-queuosin (manQ) Archaeosin (G*, kommt nur in Archaeen vor) 180px|2′-O-Ribosyladenosinphosphat 200px|Wybutosin 2′-O-Ribosyladenosinphosphat (Ar(p), rAMP)nur in Eukaryoten gefunden Wybutosin (Y, yW; obiges Bild)Wyosin (Wyo, imG) 200px|N6-Threonylcarbamoyladenosin 210px|Lysidin N6-Threonylcarbamoyladenosin (t6A) Lysidin (k2C)

Variationen der Pentosen + Nukleobase (Ribosyl)Nukleosid Desoxynukleosid Arabinosylnukleosid (Methylribosyl)Nukleosid 60px|Cytosin 120px|Cytidin 120px|Desoxycytidin 120px|Cytarabin 120px|2'-O-Methylcytidin Cytosin Cytidin, C Desoxycytidin, dC Cytarabin, araC 2′-O-Methylcytidin, Cm

Physiologie Wird die Hydroxygruppe des C-5-Atoms der Pentose eines Nukleosids mit Phosphat verestert, entsteht das entsprechende Nukleotid. Je nach Anzahl der Phosphat-Reste spricht man von Mono-, Di- und Triphosphaten. Aus der zentralen Bedeutung der Nukleotide ergibt sich die gleiche Bedeutung für die entsprechenden Nukleoside, da sie als Baustein der Nukleotide in diese umgewandelt werden können.

Die Nukleoside stehen durch Abspaltung der letzten Phosphatgruppe in den Nukleotiden mittels Hydrolyse, mithilfe von Nukleotidase-Enzymen in allen Lebewesen zur Verfügung. Weiterhin kann Inosin aus Adenosin mittels der AMP-Desaminase oder der Guanin-Desaminase synthetisiert werden. Xanthosin ist entsprechend nicht nur durch Hydrolyse von XMP erhältlich, sondern auch aus Guanosin mittels der Guanosin-Desaminase.

Der Abbau erfolgt über Nukleosidasen zur Nukleobase und bei Purinen über Xanthin zur Harnsäure bzw. bei Pyrimidinen zum Alanin oder zur 2-Aminobuttersäure.

Nukleosid-Analoga

Nukleosid-Analoga spielen vor allem in der antiretroviralen Therapie eine große Rolle. Eine Reihe moderner Virostatika enthalten diese Substanzen. Wohl am besten bekannt ist der Wirkstoff Aciclovir, der häufig gegen Herpes-simplex-Viren (HSV-1 und -2) eingesetzt wird. Weiterhin verbreitet ist Ganciclovir, das genau wie Aciclovir ein Guanosin-Analogon ist, und spezifisch die Replikation von CMV unterdrückt. Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet ist die Krebstherapie. So werden 5-Fluorouracil und Cytarabin als Zytostatika eingesetzt.

Einzelnachweise

Weblinks

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Kategorie:Genetik Kategorie:Stoffgruppe