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Nukleinsäuren:

Nukleotide sind aus einem Phosphatrest, einem ringförmigen Zucker und einem Basenbestandteil aufgebaute Moleküle. Der Phosphatrest ist mittels einer Phosphodiesterbindung mit dem C5 Atom des Zuckers verknüpft, während das C1 Atom über eine glykosidische Bindung mit einer Nukleinbase verbunden ist. Eine Esterbindung bildet am C3 Atom die Verbindung der ursprünglichen OH-Gruppe des Zuckers mit dem folgenden Phosphatrest. Eine solche Verkettung von Nukleotiden wird als Nukleinsäure bezeichnet. Der jeweils zugrunde liegende Zucker, Ribose oder Desoxyribose, bestimmt letztendlich, ob es sich bei der Nukleinsäure um eine Desoxyribonukleinsäure (DNS, engl.: DNA), oder Ribonukleinsäure (RNS, engl.: RNA) handelt. Zwei zueinander komplementäre Basen (Adenin zu Thymin und Cytosin zu Guanin) können mittels Wasserstoffbrückenbindungen Basenpaarungen eingehen und so einen dreidimensionalen, spiralförmigen Doppelstrang (Doppelhelix) formen. Ribonukleinsäure weisen statt Thymin Uracil auf. Dabei zählen die Basen Adenin und Guanin zu den Purin-Basen, während die Gruppe der Pyrimidin-Basen Cytosin, Thymin und Uracil umfasst. Ihre genaue Abfolge codiert dem universalen genetischen Code entsprechend für spezifische Aminosäuresequenzen. Dabei definiert ein Basen-Triplett eine exakte Aminosäure innerhalb dieser Sequenz.

Der Phosphatrest der Nukleinsäure besitzt im Ausgangszustand, also nicht verestert, drei OH-Gruppen (Säuregruppen). Von diesen können potentiell Protonen abgespalten werden. Durch die Veresterung von zwei der drei Säuregruppen geht diese Funktion verloren. Einzig die verbleibende OH-Gruppe kann noch als Protonendonator fungieren oder sie liegt zellulär in ihrer deprotonierten Form und somit negativ geladen vor. Sie gibt der Nukleotidkette die saure Eigenschaft und den Namen „Nukleinsäure“. Ein pH-Wert von 7, wie er unter physiologischen Bedingungen meist vorliegt, führt zur negativen Ladung der Nukleinsäure und erlaubt zum Beispiel die gelelektrophoretische Auftrennung von Nukleinsäuren. Sie wird dadurch zu einem großen Anion, das hin zur Anode wandert.

Die Termini 5’-Ende und 3‘-Ende verweisen dabei auf das C5-Atom des Zuckers beziehungsweise das C3-Atom des Zuckers mitsamt der freien OH-Gruppe. Ihre Orientierung spielt dabei eine wichtige Rolle in Organismen. Die Synthese eines neuen, komplementären DNA-Strangs durch einige DNA-Polymerasen findet nur in 5‘ -->3‘-Richtung statt, oder die Nukleasefunktion einiger Enzyme geschieht nur in 3‘-->5‘-Richtung.

Während die Isolierung einer Nukleinsäure relativ einfach ist, bedarf es bei der gezielten Amplifikation der Methode der Polymerasen-Kettenreaktion. Zunächst muss dafür der Doppelstrang beziehungsweise die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den komplementären Basen aufgespalten werden. Dies geschieht durch Hitze, die zur Schwingung des Moleküls führt, wodurch die Bindungen zwischen den Wasserstoffatomen aufbrechen. Daraufhin folgt die Synthese eines neuen, zum Template-Strang komplementären DNA-Strangs von einem spezifischen Startpunkt, der durch sogenannte Primer (kurze Nukleinsäuresequenzen) bestimmt wird. Von dort an startet die Polymerase (meist Taq-Polymerase) zugegebene, komplementäre Nukleotide aneinanderzureihen, ähnlich wie die DNA-Synthese im Zellkern.

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