NUKLEOSID: EGENSKABER, STRUKTUR OG ANVENDELSER - BIOLOGI - 2025

De nukleosider er en stor gruppe af biologiske molekyler, der består af en nitrogenholdig base og en fem - carbon sukker kovalent bundet. Med hensyn til strukturer er de meget forskellige.

De er forløbere for syntese af nukleinsyrer (DNA og RNA), en grundlæggende begivenhed til kontrol af metabolismen og væksten af ​​alle levende væsener. De deltager også i forskellige biologiske processer og modulerer nogle aktiviteter i nervesystemet, muskulære og kardiovaskulære systemer, blandt andre.

Kilde: Nucleotides_1.svg: Boris (PNG), SVG af Sjefderivativt arbejde: Huhsunqu

I dag anvendes modificerede nukleosider som antiviral og anticancerbehandling takket være deres egenskab ved at blokere DNA-replikation.

Det er vigtigt ikke at forveksle udtrykket nukleosid med nukleotid. Selvom begge elementer er strukturelt ens, da de består af monomerer af nukleinsyrer, har nukleotiderne en eller flere yderligere phosphatgrupper. Det vil sige, at et nukleotid er et nukleosid med en phosphatgruppe.

egenskaber

Nukleosider er molekyler, der består af byggestenene til nukleinsyrer. De har lav molekylvægt og ligger i et område mellem 227,22 og 383,31 g / mol.

Takket være den nitrogenholdige base reagerer disse strukturer som baser med pKa-værdier mellem 3,3 og 9,8.

Struktur

Nukleosidstrukturen omfatter en nitrogenformig base bundet med en kovalent binding til et sukker med fem carbonhydrider. Vi undersøger disse komponenter grundigt nedenfor.

Kvælstofbase

Den første komponent - den nitrogenholdige base, også kaldet nucleobase - er et fladt aromatisk molekyle, der indeholder nitrogen i dens struktur, og kan være en purin eller en pyrimidin.

Førstnævnte består af to smeltede ringe: den ene af seks atomer og den anden af ​​fem. Pyrimidiner er mindre og består af en enkelt ring.

Penthouse

Den anden strukturelle komponent er en pentose, der kan være en ribose eller en deoxyribose. Ribose er et "normalt" sukker, hvor hvert carbonatom er bundet med et iltatom. I tilfælde af deoxyribose modificeres sukkeret, da det mangler et iltatom ved 2 'carbon.

Link

I alle nukleosider (og også i nukleotider), som vi finder naturligt, er bindingen mellem begge molekyler af β-N-glycosid-typen, og den er resistent mod alkalisk spaltning.

Sukkerets 1 'kulstof er bundet til nitrogen 1 af pyrimidin og nitrogen 9 af purin. Som vi kan se, er dette de samme komponenter, som vi finder i monomererne, der udgør nukleinsyrer: nukleotider.

Modificerede nukleosider

Indtil videre har vi beskrevet den generelle struktur af nukleosider. Der er dog nogle med visse kemiske modifikationer, hvor den mest almindelige er foreningen af ​​en methylgruppe med den nitrogenholdige base. Methyleringer kan også forekomme i kulhydratdelen.

Andre mindre hyppige modifikationer inkluderer isomerisering, for eksempel fra uridin til pseudouridin; tab af hydrogener; acetylering; formylering; og hydroxylering.

Klassificering og nomenklatur

Afhængig af de strukturelle komponenter i nukleosidet er der opstillet en klassificering til ribonukleosider og deoxynukleosider. I den første kategori finder vi nukleosider, hvis purin eller pyrimidin er knyttet til en ribose. Derudover er de nitrogenholdige baser, der danner dem, adenin, guanin, cytosin og uracil.

I deoxynukleosider forankres den nitrogenholdige base til deoxyribose. Baserne, som vi finder, er de samme som i ribonukleotider, med undtagelse af, at pyrimidin uracil erstattes af en thymin.

På denne måde benævnes ribonukleosider afhængigt af den nitrogenholdige base, som molekylet indeholder, hvorved der etableres følgende nomenklatur: adenosin, cytidin, uridin og guanosin. For at identificere et deoxynucleosid tilføjes præfixet deoxy-, nemlig: deoxyadenosin, deoxycytidine, deoxyuridin og deoxyguanosin.

Som vi nævnte tidligere, er den grundlæggende forskel mellem et nukleotid og et nukleosid, at førstnævnte har en fosfatgruppe bundet til 3 'carbon (3'-nukleotid) eller til 5' carbon (5'-nukleotid). Med hensyn til nomenklatur kan vi således finde ud af, at et synonym til det første tilfælde er et nukleosid-5'-fosfat.

Biologiske funktioner

Strukturelle blokke

Nucleosid-triphosphat (det vil sige med tre fosfater i deres struktur) er råmaterialet til konstruktion af nukleinsyrer: DNA og RNA.

Energilagring

Takket være de højenergibindinger, der holder phosphatgrupperne sammen, er de strukturer, der let lagrer energi med tilstrækkelig tilgængelighed for cellen. Det mest berømte eksempel er ATP (adenosintriphosphat), bedre kendt som "celleens energivaluta".

Lokale hormoner

Selve nukleosiderne (uden phosphatgrupper i deres struktur) har ikke betydelig biologisk aktivitet. Hos pattedyr finder vi imidlertid en slående undtagelse: adenosinmolekylet.

I disse organismer indtager adenosin rollen som autocoid, hvilket betyder, at det fungerer som et lokalt hormon og også som en neuromodulator.

Cirkulationen af ​​adenosin i blodbanen modulerer forskellige funktioner såsom vasodilatation, hjerterytme, sammentrækninger i de glatte muskler, frigørelse af neurotransmittere, nedbrydning af lipider, blandt andre.

Adenosin er berømt for sin rolle i reguleringen af ​​søvn. Når koncentrationen af ​​dette nukleosid øges, forårsager det træthed og søvn. Derfor holder forbruget af koffein (et molekyle svarende til adenosin) os vågne, da det blokerer interaktioner mellem adenosin og dets respektive receptorer i hjernen.

Nukleosider i kosten

Nukleosider kan konsumeres i fødevarer, og det er vist, at de modulerer forskellige fysiologiske processer, hvilket gavner visse aspekter af immunsystemet, udvikling og vækst af mave-tarmkanalen, lipidmetabolisme, leverfunktioner, blandt andre.

De er rigelige komponenter i modermælk, te, øl, kød og fisk blandt andre fødevarer.

Eksogent nukleosid-tilskud (og nukleotid) er vigtigt hos patienter, der mangler evnen til at syntetisere disse forbindelser de novo.

Med hensyn til absorption absorberes næsten 90% af nukleotiderne i form af nukleosider og fosforyleres igen i tarmens celler.

Medicinske anvendelser: anticancer og antiviral

Visse nukleosid eller modificerede nukleotidanaloger har vist anticancer- og antiviral aktivitet, hvilket muliggør behandling af tilstande af betydelig medicinsk betydning, såsom HIV / AIDS, herpesvirus, hepatitis B-virus og leukæmi, blandt andre.

Disse molekyler bruges til at behandle disse patologier, da de har evnen til at hæmme DNA-syntese. Disse transporteres aktivt ind i cellen og forhindrer fremtidig replikation af virusgenomet, da de viser kemiske modifikationer.

Analogerne, der bruges som behandling, syntetiseres ved forskellige kemiske reaktioner. Modifikationer kan komme i ribosedelen eller i den nitrogenholdige base.

Referencer

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Væsentlig cellebiologi. Garland Science.
2. Borea, PA, Gessi, S., Merighi, S., Vincenzi, F., & Varani, K. (2018). Farmakologi af adenosinreceptorer: den kendte teknik. Fysiologiske anmeldelser, 98 (3), 1591-1625.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2007). Cellen: en molekylær tilgang. Washington, DC, Sunderland, MA.
4. Griffiths, AJ (2002). Moderne genetisk analyse: integrering af gener og genomer. Macmillan.
5. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduktion til genetisk analyse. Macmillan.
6. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokemi: tekst og atlas. Panamerican Medical Ed.
7. Mikhailopulo, IA, & Miroshnikov, AI (2010). Nye tendenser inden for nukleosidbioteknologi. Acta Naturae 2 (5).
8. Passarge, E. (2009). Genetik tekst og atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Siegel, GJ (1999). Grundlæggende neurokemi: molekylære, cellulære og medicinske aspekter. Lippincott-Raven.