Nukleotide - eine Grundlagenwissenschaft
DIE WELT DER NUKLEOTIDE
DER GENETISCHE CODE: DER BAUPLAN DES KÖRPERS
Alle Funktionen und das Aussehen unseres Körpers werden durch den genetischen Code bestimmt: die Erbsubstanz, die Desoxyribonukleinsäure - kurz DNA. Diese Erbsubstanz, die DNA, trägt alle Merkmale, die das Aussehen von Lebewesen ausmachen.
Im Zentrum der Zelle befindet sich der Zellkern, auch Nukleus genannt. Im Zellkern sind unter anderem die individuellen Erbanlagen des Menschen gespeichert. Die genetische Information ist in jedem Organismus anders und ist auf der sogenannten DNA, dem Bauplan des Lebens, kodiert. Der DNA-Faden ist wie eine Strickleiter aufgebaut. Die Grundbausteine dieser Leiter sind die Nukleotide.
Die Nukleotide bestehen aus drei verschiedenen Bausteinen: einer Purinbase (Adenin = A, Guanin = G) oder einer Pyrimidinbase (Cytosin = C, Thymin = T, Uracil = U), einem Zuckermolekül (Desoxyribose in der DNA oder Ribose in der RNA) und einer Phosphatgruppe. Das Rückgrat der Leiter besteht aus einem Zucker, Desoxyribose, im Wechsel mit Phosphat. Die Sprossen dieser Leiter werden von vier organischen Basen gebildet: Adenin (A) und Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G). A bindet sich mit T, C bindet sich mit G. Eine andere Kombination ist nicht möglich.
Die Strickleiter wird schraubenförmig um die eigene Achse gedreht - das erhöht die Stabilität. Der Fachbegriff für diese Schraube heißt Helix. Im Fall der DNA handelt es sich um eine Doppelhelix. Der Durchmesser einer Helix beträgt etwa zwei Nanometer, also zwei Billiardstel Meter! Die Länge einer DNA-Helix beträgt 1 Meter!
Das genetische Material steuert alle Zellprozesse. Wenn sich eine Zelle in zwei identische Zellen teilt, muss die in ihr enthaltene DNA genau auf diese beiden neuen Zellen verteilt werden. Jede Zelle muss die gesamte Erbinformation, die DNA, erhalten, sonst ist sie nicht lebensfähig.
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Wie ist das möglich, ohne dass die Menge der DNA mit jeder Zellteilung abnimmt?
DIE DNA MUSS VOR DER EIGENTLICHEN ZELLTEILUNG VERDOPPELT WERDEN
Man kann sich die DNA-Doppelhelix wie einen Reißverschluss vorstellen, der sich für die Replikation, also die Vervielfältigung der DNA, öffnet.
Die beiden halben "Reißverschlussbänder" werden dann mit neuen passenden Reißverschlusszähnen, den passenden Nukleotiden, ergänzt, so dass am Ende zwei "Reißverschlüsse" entstehen. Das heißt, eine neue Guaninbase paart sich mit einer Cytosinbase aus dem bestehenden Strang, eine neue Thyminbase paart sich mit der Adeninbase des bestehenden Strangs usw. So entstehen aus einer Doppelhelix zwei identische Doppelhelixen. Wenn sich die Zelle teilt, entstehen zwei neue Zellen, die das gleiche genetische Material tragen. Damit die Replikation reibungslos abläuft, muss immer eine ausreichende Anzahl aller Nukleotide zur Verfügung stehen.
Die DNA-Verdopplung erfordert eine sehr große Anzahl von Nukleotiden, insgesamt 3 BILLIONEN!
NUKLEOTIDE - DIE BAUSTEINE DES LEBENS
Bausteine für die Zellproliferation
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Ohne eine ausreichende Versorgung mit Nukleotiden erfolgt die Zellverdopplung sehr langsam. Für das Überleben des Körpers ist es jedoch unerlässlich, dass die Zellteilung bestimmter Organe oder Systeme sehr schnell erfolgt, z. B. im Immunsystem oder im Darm. Ist die Zellvermehrung im Immunsystem sehr langsam, arbeitet das Immunsystem weniger effizient und unerwünschte Keime können sich mehr oder weniger ungehindert im Körper vermehren, mit teilweise verheerenden Folgen.
Auch im Darm kann eine langsame Zellvermehrung zu ernsthaften Problemen führen. Die Lebensdauer von Darmzellen beträgt nur etwa 4-5 Tage. Eine langsamere Zellteilung bedeutet, dass sich der Darmzoster weniger gut entwickelt und kürzer wird. Dadurch verringert sich die Aufnahme von Nährstoffen und damit die Versorgung des Körpers mit lebenswichtigen Nährstoffen. Es können aber auch vermehrt Schäden im Darm auftreten. Kleine Läsionen, die oft durch Stress ausgelöst werden, schließen sich weniger schnell und können sich zu chronischen Entzündungen bis hin zum Reizdarm-Syndrom entwickeln.
Eine ausreichende Versorgung mit Nukleotiden ist daher für die optimale Funktion des Immunsystems und des Darms äußerst wichtig, denn sie sind für eine angepasste Zellteilung unerlässlich.
Bausteine für die Proteinsynthese
Die Nukleotide sind nicht nur Teil des genetischen Codes in den Zellen, sondern sie sind auch für die schnelle Proteinsynthese in den Zellen unerlässlich. Damit ein Protein, z. B. ein Antikörper in einer Immunzelle, gebildet werden kann, werden 5 verschiedene Moleküle benötigt, die aus Nukleotiden aufgebaut sind. Ohne diese wären die Zellen nicht oder nur sehr langsam in der Lage, Verdauungsenzyme, einige Hormone, Hämoglobin für den Sauerstofftransport usw. zu produzieren. Dies hätte extrem negative Auswirkungen auf unseren Körper.
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Bausteine für den Energietransport
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Aber auch die Verteilung der Energie im Körper hängt von ausreichend Nukleotiden ab, denn ATP (Adenosintriphosphat), GTP (Guanosintriphosphat) und UTP (Uridintriphosphat) sind aus Nukleotiden aufgebaut. Die mit der Nahrung aufgenommene Energie in Form von Zucker, Fetten und Proteinen wird auf diese Nukleotidprodukte übertragen, die die Energie im Körper zu den Zellen transportieren.
Nukleotide können daher zu Recht als "Bausteine des Lebens" bezeichnet werden und eine Unterversorgung mit diesen Molekülen führt dazu, dass verschiedene Körperfunktionen nicht mehr optimal funktionieren.
NUKLEOTIDE UND ZELLERNEUERUNG
Was ist Zellerneuerung?
Unser menschlicher Körper ist kein statisches Gebilde. Er unterliegt einem ständigen Verfall und einer Erneuerung auf zellulärer Ebene, wobei auch beim erwachsenen Menschen ständig alte Zellen absterben und durch neue ersetzt werden. Von Zellalterung spricht man, wenn Zellen z. B. durch äußere Einflüsse geschädigt werden. Sie müssen daher von Zeit zu Zeit ersetzt werden. Der menschliche Körper baut pro Sekunde zwischen zehn und 50 Millionen Körperzellen ab und ersetzt sie durch neue Zellen.
Rein rechnerisch sind wir also alle sieben Jahre ein komplett neuer Mensch. Im Durchschnitt sind die Zellen eines 50-jährigen Menschen nur zehn Jahre alt. Allerdings gibt es große Schwankungen im Körper, denn manche Gewebe sind echte Regeneratoren, andere bleiben ein Leben lang erhalten. Zum Beispiel produziert der Mensch jedes Jahr so viele neue Leberzellen, dass es theoretisch für 18 ganze Organe reicht. Auch sehr statische Strukturen wie Knochen werden vom Körper ständig abgebaut und neu aufgebaut.
Die Zellen des Verdauungstraktes leben nur fünf Tage. Die roten Blutkörperchen haben eine Lebensdauer von nur etwa 120 Tagen, nachdem sie in dieser Zeit fast 1600 Kilometer durch unser Blutsystem zurückgelegt haben. Die Zellen mancher Gewebe haben eine Lebensdauer von Jahren, leben aber sicher nicht dauerhaft. Selbst die Zellen der Knochen in unserem Skelett erneuern sich etwa alle zehn Jahre.
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Warum Nukleotide so wichtig für die Zellregeneration sind?
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Bevor sich die Zellen teilen oder vermehren können, muss eine exakte Kopie der in der DNA enthaltenen genetischen Information erstellt werden. Für das Wohlbefinden des Körpers ist es essentiell, dass die Vervielfältigung der DNA fehlerfrei abläuft, denn jeder Fehler kann zum Verlust der Immunität, zu Krankheiten oder genetischen Mutationen führen. Um den komplizierten Prozess der fehlerfreien DNA-Verdopplung durchführen zu können, benötigt jede Zelle Zugang zu frei verfügbaren Nukleotiden als Zellbausteine, sowie einen Vorrat an RNA und verschiedenen (nukleotidhaltigen) Enzymen, um die Replikation zu ermöglichen und die sich teilende Zelle mit Energie zu versorgen.
Bei dieser Replikation rollt sich die Doppelhelix an bestimmten Stellen entlang des Nukleotidstrangs auf, so dass jede Seite der DNA zur Mitte hin frei und ungebunden ist. Die frei zugänglichen Nukleotide der beiden DNA-Hälften können mit dem komplementären Partner verschmelzen, so dass zwei identische neue Stränge entstehen, die jeweils eine Hälfte der ursprünglichen Vorlage enthalten. Die neu gebildeten DNA-Stränge enthalten somit die identische Erbinformation wie die ursprüngliche Doppelhelix. Nach der anschließenden Zellteilung haben die neu gebildeten Zellen also die gleiche genetische Information wie die ursprüngliche Zelle.
Die bestehende Doppelhelix entfaltet sich der Länge nach, so dass jede Seite des DNA-Strangs freigelegt wird. Bei der Entfaltung werden die komplementären Hälften freigelegt, so dass sich freie Nukleotide, die dem Gegenstück entsprechen, zu einem neuen Strang verbinden können. So entstehen zwei identische Stränge, die jeweils die Hälfte der ursprünglichen Vorlage enthalten.
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Die Verfügbarkeit von Nukleotiden als limitierender Faktor
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Nur durch die uneingeschränkte Versorgung mit allen fünf Nukleotiden kann eine kontinuierliche Zellerneuerung aufrechterhalten und optimiert werden. Die Verfügbarkeit dieser entscheidenden Zellbausteine kann durch eine Nahrungsergänzung mit hoch bioverfügbaren Nukleotiden gewährleistet werden, wobei auch eine bedarfsgerechte Zusammensetzung der einzelnen Nukleotide entscheidend ist.
Ohne einen ausgewogenen Pool aller fünf wichtigen Nukleotide für DNA und RNA kann die Zellerneuerung verlangsamt oder sogar teilweise gestoppt werden.
Klassifizierung von extrem großen Zahlen
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Bei sehr großen Zahlen stoßen wir an die Grenzen unserer Vorstellungskraft. In der Mikrobiologie werden die Zahlen manchmal so groß, dass es schwierig wird, sie verständlich zu machen. Hier helfen einfache Analogien, um diese verwirrend großen Zahlen zu veranschaulichen.
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Der DNS-Strang
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Die menschliche DNA ist ein gutes Beispiel. Sie besteht aus der immensen Zahl von etwa 3 200 000 000 Nukleotiden (3 Milliarden). Wenn die DNA linear gestreckt wird, hat sie eine Länge von etwa einem Meter. Und diese riesige Anzahl von Nukleotiden ist auf den DNA-Strang einer einzigen menschlichen Zelle beschränkt. Der Körper eines erwachsenen Menschen besteht aber aus etwa 100 Billionen Zellen. Mit Ausnahme einiger weniger Zelltypen, wie z. B. der roten Blutkörperchen, enthalten alle Zellen des Körpers ihre eigene Kopie der DNA.
Der menschliche Körper hat also, allein in Form seiner DNA, 100.000.000.000 Zellen x 3.200.000.000.000 Nukleotide pro Zelle. Das ist wirklich eine unvorstellbare Zahl. Zwischen 10 000 000 und 50 000 000 000 unserer Körperzellen werden jede Sekunde abgebaut und durch neue ersetzt oder repariert. Diese Zahlen zeigen, dass eine ausreichende Versorgung mit Nukleotiden, die dem Körper direkt zur Verfügung stehen, von überragender Bedeutung ist. Die Produkte der PKN-AG helfen, eventuelle Versorgungsengpässe an Nukleotiden zu schließen und den Körper jederzeit und unabhängig von der körperlichen Verfassung optimal mit Nukleotiden zu versorgen.
DER BEDARF AN NUKLEOTIDEN
Ergänzen der Ernährung mit Nukleotiden
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Nachdem wir im letzten Abschnitt "Die Wissenschaft der extrem großen Zahlen" die unglaublich große Anzahl von Zellen vorgestellt haben, die der Körper ständig ersetzen, reparieren oder regenerieren muss, und die Anzahl der dazu benötigten Nukleotide berechnet haben, kommen wir nun zu der Frage, woher diese Nukleotide kommen.
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Es gibt vier Quellen von Nukleotiden, die der menschliche Körper für die Zellregeneration benötigt
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Körpereigene Biosynthese aus Aminosäuren und Glukose
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Recycling von DNA und RNA aus abgestorbenen Zellen ("Salvage pathway")
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Zufuhr über die Nahrung
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Zufuhr über Nahrungsergänzungsmittel
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Nukleotide aus Lebensmitteln
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Viele Zellen im Körper können den Bedarf an Nukleotiden durch Biosynthese oder Recycling ("salvage pathway") decken, aber es gibt Zellen, die Nukleotide ausschließlich aus Nahrungsquellen beziehen.
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Zellarten, die auf die Zufuhr von Nukleotiden aus der Nahrung angewiesen sind
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Zellen der Schleimhautschicht (Darmschleimhautzellen)
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Gesundheitsfördernde Bakterien im Darmtrakt (z. B. Bifidobakterien)
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Weiße Blutkörperchen des Immunsystems (insbesondere Lymphozyten)
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Rote Blutkörperchen (Erythrozyten)
All diese Zellen haben eine kurze Lebensspanne und müssen sehr schnell ersetzt werden. Viele Faktoren, wie z. B. Lebensstil, Gesundheitszustand und Stress, beeinflussen, wie schnell unser Körper neue Zellen benötigt, um ihn gesund zu halten und sicherzustellen, dass biologische Prozesse effizient ablaufen. Unter körperlichen Bedingungen mit hohem Zellumsatz (z. B. körperliche Anstrengung, Stress und Infektionen) ist es für den Körper effizienter, Nukleotide aus der Nahrung zu beziehen, da der Körper viel Stoffwechselenergie benötigt, um seine eigenen Nukleotide herzustellen und zu recyceln. In wissenschaftlichen Kreisen werden Nukleotide daher oft als "bedingt essentielle" Nährstoffe bezeichnet. Das bedeutet, dass Nukleotide aus der Nahrung unter bestimmten Bedingungen essentiell werden, d. h. sie werden nicht mehr in ausreichender Menge produziert.
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Der Mangel an Nukleotiden in der heutigen Nahrung
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In den letzten Jahrzehnten hat sich die Aufnahme von Nukleotiden über die Nahrung stark verändert. Geht man noch weiter zurück in die Zeit vor der Industrialisierung der Landwirtschaft, sind die Unterschiede noch größer. In einer Studie wurde der Nukleotidgehalt (Erwachsenenportion) verschiedener Lebensmittel mittels Laboranalyse bestimmt. Die Ergebnisse zeigen dramatische Unterschiede im Nukleotidgehalt von Fleisch und pflanzlicher Nahrung. Der Nukleotidgehalt von pflanzlichen Lebensmitteln ist generell deutlich niedriger als der von Fleisch. Aber auch im Fleisch selbst sind deutliche Unterschiede zu erkennen. Die höchsten Nukleotidgehalte wurden in Fleisch gefunden, das heute nur noch selten auf unseren Tellern zu finden ist, wie Leber, Niere und Kutteln. Daher kann es sinnvoll sein, die tägliche Ernährung mit Nukleotiden zu ergänzen.
Die Ergebnisse zeigen drastische Unterschiede im Nukleotidgehalt. Die höchsten Gehalte finden sich in Fleischprodukten, die als minderwertig gelten und die heute nur noch selten auf unseren Tellern zu finden sind.
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Nicht alle Nukleotide sind gleich!
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Viele Lebensmittel in der modernen Ernährung können trotz eines akzeptablen Nukleotidgehaltes nicht die optimale Zusammensetzung an Purinen und Pyrimidinen für eine optimale Versorgung von außen bieten. Die Nahrungsergänzungsmittel der PKN-AG enthalten ausgewogene, bedarfsgerechte Zusammensetzungen aller notwendigen Nukleotide. Diese haben zudem eine außerordentlich hohe biologische Verfügbarkeit und sind daher sehr effektiv im Ausgleich von Versorgungsdefiziten an Nukleotiden.