Leben auf der Erde existiert nur dank einer Klasse organischer Verbindungen, die Nukleinsäuren genannt werden. Diese Klassifikation von Verbindungen besteht aus Polymeren, die aus Nukleotiden aufgebaut sind. Zu den bekanntesten Nukleinsäuren zählen DNA (Desoxyribonukleinsäure) und RNA (Ribonukleinsäure). DNA liefert den Bauplan des Lebens in lebenden Zellen, während RNA die Übersetzung des genetischen Codes in Proteine ermöglicht, die die zellulären Bestandteile des Lebens bilden. Jedes Nukleotid in einer Nukleinsäure besteht aus einem Zuckermolekül (Ribose in RNA und Desoxyribose in DNA) zu einer stickstoffhaltigen Base und einer Phosphatgruppe. Die Phosphatgruppen ermöglichen es den Nukleotiden, sich miteinander zu verbinden, wodurch das Zucker-Phosphat-Rückgrat der Nukleinsäure entsteht, während die stickstoffhaltigen Basen die Buchstaben des genetischen Alphabets liefern. Diese Komponenten von Nukleinsäuren sind aus fünf Elementen aufgebaut: Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Phosphor.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
In vielerlei Hinsicht erfordert das Leben auf der Erde Verbindungen, die Nukleinsäuren genannt werden, komplexe Anordnungen von Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Phosphor, die als Blaupausen und Blaupausenleser eines Organismus dienen Genetik.
Kohlenstoffmoleküle
Als organisches Molekül fungiert Kohlenstoff als Schlüsselelement von Nukleinsäuren. Kohlenstoffatome erscheinen im Zucker des Nukleinsäurerückgrats und in den stickstoffhaltigen Basen.
Sauerstoffmoleküle
Sauerstoffatome erscheinen in den stickstoffhaltigen Basen, Zucker und Phosphaten der Nukleotide. Ein wichtiger Unterschied zwischen DNA und RNA liegt in der Struktur ihrer jeweiligen Zucker. An die Kohlenstoff-Sauerstoff-Ringstruktur der Ribose hängen vier Hydroxylgruppen (OH). In Desoxyribose ersetzt ein Wasserstoff eine Hydroxylgruppe. Dieser Unterschied in einem Sauerstoffatom führt bei Desoxyribose zum Begriff „Desoxy“.
Wasserstoffmoleküle
Wasserstoffatome sind an Kohlenstoff- und Sauerstoffatome innerhalb der Zucker- und Stickstoffbasen von Nukleinsäuren gebunden. Die durch Wasserstoff-Stickstoff-Bindungen in den stickstoffhaltigen Basen erzeugten polaren Bindungen ermöglichen die Bildung von Wasserstoffbrücken zwischen den Nukleinsträngen Säuren, was zur Bildung von doppelsträngiger DNA führt, bei der zwei DNA-Stränge durch die Wasserstoffbrücken der Base zusammengehalten werden Paare. In der DNA richten sich diese Basenpaare mit Adenin zu Thymin und Guanin zu Cytosin aus. Diese Basenpaarung spielt sowohl bei der Replikation als auch bei der Translation der DNA eine wichtige Rolle.
Stickstoffmoleküle
Die stickstoffhaltigen Basen von Nukleinsäuren treten als Pyrimidine und Purine auf. Pyrimidine, Einzelringstrukturen mit Stickstoff an der ersten und dritten Position des Rings, umfassen im Fall von DNA Cytosin und Thymin. Uracil ersetzt Thymin in der RNA. Purine haben eine Doppelringstruktur, bei der sich ein Pyrimidinring mit einem zweiten Ring am vierten und fünften Kohlenstoffatom zu einem als Imidazolring bekannten Ring verbindet. Dieser zweite Ring enthält zusätzliche Stickstoffatome an der siebten und neunten Position. Adenin und Guanin sind die Purinbasen, die in der DNA vorkommen. Adenin, Cytosin und Guanin haben eine zusätzliche Aminogruppe (enthaltend Stickstoff), die an die Ringstruktur gebunden ist. Diese angehängten Aminogruppen sind an den Wasserstoffbrücken beteiligt, die zwischen Basenpaaren verschiedener Nukleinsäurestränge gebildet werden.
Phosphormoleküle
An jeden Zucker ist eine Phosphatgruppe gebunden, die aus Phosphor und Sauerstoff besteht. Dieses Phosphat ermöglicht die Verknüpfung der Zuckermoleküle verschiedener Nukleotide in einer Polymerkette.