NUKLEOSID: EGENSKAPER, STRUKTUR OCH TILLÄMPNINGAR - BIOLOGI - 2025

De nukleosider är en stor grupp av biologiska molekyler som består av en kvävehaltig bas och en fem - kolsocker kovalent kopplade. När det gäller strukturer är de mycket olika.

De är föregångarna för syntesen av nukleinsyror (DNA och RNA), en grundläggande händelse för kontroll av metabolism och tillväxt av alla levande varelser. De deltar också i olika biologiska processer och modulerar vissa aktiviteter i nerv-, muskel- och kardiovaskulära system, bland andra.

Källa: Nucleotides_1.svg: Boris (PNG), SVG av Sjefderivativt arbete: Huhsunqu

Idag används modifierade nukleosider som antiviral och anticancerterapi tack vare deras egenskap att blockera DNA-replikering.

Det är viktigt att inte förväxla termen nukleosid med nukleotid. Även om båda elementen är strukturellt lika, eftersom de består av monomererna av nukleinsyror, har nukleotiderna en eller flera ytterligare fosfatgrupper. Det vill säga en nukleotid är en nukleosid med en fosfatgrupp.

egenskaper

Nukleosider är molekyler som består av byggstenarna i nukleinsyror. De har låg molekylvikt och ligger i ett intervall mellan 227,22 och 383,31 g / mol.

Tack vare kvävehaltiga baser reagerar dessa strukturer som baser med pKa-värden mellan 3,3 och 9,8.

Strukturera

Nukleosidstrukturen innefattar en kvävehaltig bas bunden med en kovalent bindning till ett femkolsocker. Vi kommer att utforska dessa komponenter noggrant nedan.

Kvävebas

Den första komponenten - den kvävehaltiga basen, även kallad nukleobas - är en platt aromatisk molekyl som innehåller kväve i sin struktur och kan vara en purin eller en pyrimidin.

De förstnämnda består av två smälta ringar: en av sex atomer och den andra av fem. Pyrimidiner är mindre och består av en enda ring.

Takvåning

Den andra strukturella komponenten är en pentos, som kan vara en ribos eller en deoxiribos. Ribos är ett "normalt" socker där varje kolatom är bunden med en syreatom. I fallet med deoxiribos modifieras sockret eftersom det saknar en syreatom vid 2 'kolet.

Länk

I alla nukleosider (och även i nukleotiderna) som vi hittar naturligt är bindningen mellan båda molekylerna av ß-N-glykosidisk typ, och den är resistent mot alkalisk klyvning.

1 'kolet i sockret är bundet till kväve 1 av pyrimidin och kväve 9 av purin. Som vi ser är det samma komponenter som vi hittar i monomerer som utgör nukleinsyror: nukleotider.

Modifierade nukleosider

Hittills har vi beskrivit den allmänna strukturen för nukleosider. Det finns emellertid några med vissa kemiska modifieringar, den vanligaste är sammansättningen av en metylgrupp med kvävebas. Metyleringar kan också förekomma i kolhydratdelen.

Andra mindre frekventa modifieringar inkluderar isomerisering, till exempel från uridin till pseudouridin; förlust av vätgaser; acetylering; formylering; och hydroxylering.

Klassificering och nomenklatur

Beroende på strukturella komponenter i nukleosiden har en klassificering till ribonukleosider och deoxynukleosider fastställts. I den första kategorin hittar vi nukleosider vars purin eller pyrimidin är kopplad till en ribos. Dessutom är kvävebaserna som bildar dem adenin, guanin, cytosin och uracil.

I deoxynukleosider förankras den kvävehaltiga basen till deoxiribos. Baserna som vi hittar är desamma som i ribonukleotider, med undantag för att pyrimidin uracil ersätts av en tymin.

På detta sätt benämns ribonukleosider beroende på den kvävebas som molekylen innehåller, vilket skapar följande nomenklatur: adenosin, cytidin, uridin och guanosin. För att identifiera en deoxynukleosid läggs prefixet deoxy till, nämligen: deoxyadenosin, deoxycytidine, deoxyuridin och deoxyguanosin.

Som vi nämnde tidigare är den grundläggande skillnaden mellan en nukleotid och en nukleosid att den förstnämnda har en fosfatgrupp bunden till 3'-kolet (3'-nukleotiden) eller till 5'-kolet (5'-nukleotiden). Således, när det gäller nomenklatur, kan vi finna att en synonym av det första fallet är en nukleosid-5'-fosfat.

Biologiska funktioner

Strukturella block

Nukleosidtrifosfat (det vill säga med tre fosfater i sin struktur) är råmaterialet för konstruktion av nukleinsyror: DNA och RNA.

Energilagring

Tack vare högenergibindningarna som håller fosfatgrupperna samman är de strukturer som enkelt lagrar energi med tillräcklig tillgänglighet för cellen. Det mest kända exemplet är ATP (adenosintrifosfat), bättre känd som cellens energivaluta.

Lokala hormoner

Nukleosiderna själva (utan fosfatgrupper i deras struktur) har inte någon betydande biologisk aktivitet. Men hos däggdjur hittar vi ett slående undantag: adenosinmolekylen.

I dessa organismer tar adenosin rollen som autokoid, vilket innebär att det fungerar som ett lokalt hormon och även som en neuromodulator.

Cirkulationen av adenosin i blodomloppet modulerar olika funktioner såsom vasodilatation, hjärtfrekvens, sammandragningar i den glatta muskeln, frisättningen av neurotransmittorer, nedbrytningen av lipider, bland andra.

Adenosine är känt för sin roll i reglering av sömn. När koncentrationen av denna nukleosid ökar orsakar den trötthet och sömn. Det är därför konsumtionen av koffein (en molekyl som liknar adenosin) håller oss vakna, eftersom det blockerar interaktioner mellan adenosin och dess respektive receptorer i hjärnan.

Nukleosider i kosten

Nukleosider kan konsumeras i mat, och de har visat sig modulera olika fysiologiska processer, vilket gynnar vissa aspekter av immunsystemet, utveckling och tillväxt av mag-tarmkanalen, lipidmetabolism, leverfunktioner, bland andra.

Det är många komponenter i bröstmjölk, te, öl, kött och fisk, bland andra livsmedel.

Exogent tillskott av nukleosid (och nukleotid) är viktigt hos patienter som saknar förmågan att syntetisera dessa föreningar de novo.

När det gäller absorptionen absorberas nästan 90% av nukleotiderna i form av nukleosider och fosforyleras igen i tarmscellerna.

Medicinska tillämpningar: anticancer och antiviral

Vissa nukleosid eller modifierade nukleotidanaloger har visat anticancer och antiviral aktivitet, vilket möjliggör behandling av tillstånd av betydande medicinsk betydelse, såsom HIV / AIDS, herpesviruset, hepatit B-virus och leukemi, bland andra.

Dessa molekyler används för att behandla dessa patologier, eftersom de har förmågan att hämma DNA-syntes. Dessa transporteras aktivt in i cellen och eftersom de uppvisar kemiska modifieringar förhindrar framtida replikering av virusgenomet.

Analogerna som används som behandling syntetiseras genom olika kemiska reaktioner. Modifieringar kan komma i ribosdelen eller i kvävebas.

referenser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2013). Väsentlig cellbiologi. Garland Science.
2. Borea, PA, Gessi, S., Merighi, S., Vincenzi, F., & Varani, K. (2018). Farmakologi av adenosinreceptorer: teknikens ståndpunkt. Fysiologiska recensioner, 98 (3), 1591-1625.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2007). Cellen: en molekylär strategi. Washington, DC, Sunderland, MA.
4. Griffiths, AJ (2002). Modern genetisk analys: integrering av gener och genom. Macmillan.
5. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduktion till genetisk analys. Macmillan.
6. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokemi: text och atlas. Panamerican Medical Ed.
7. Mikhailopulo, IA, & Miroshnikov, AI (2010). Nya trender inom nukleosidbioteknologi. Acta Naturae 2 (5).
8. Passarge, E. (2009). Genetiktext och atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Siegel, GJ (1999). Grundläggande neurokemi: molekylära, cellulära och medicinska aspekter. Lippincott-Raven.