NUKLEOSID: VLASTNOSTI, STRUKTURA A APLIKACE - BIOLOGIE - 2025

Tyto nukleosidy jsou velká skupina biologických molekul skládajících se z dusíkaté báze a pětkrát - uhlík cukr kovalentně spojeny. Pokud jde o struktury, jsou velmi rozmanité.

Jsou to prekurzory pro syntézu nukleových kyselin (DNA a RNA), základní událost pro řízení metabolismu a růstu všech živých bytostí. Podílejí se také na různých biologických procesech, mezi jinými modulují některé činnosti nervového, svalového a kardiovaskulárního systému.

Zdroj: Nucleotides_1.svg: Boris (PNG), SVG autor Sjefderivative: Huhsunqu

Dnes jsou modifikované nukleosidy používány jako antivirová a protirakovinová terapie díky své vlastnosti blokování replikace DNA.

Je důležité nezaměňovat termín nukleosid s nukleotidem. Ačkoli oba prvky jsou strukturálně podobné, protože jsou tvořeny monomery nukleových kyselin, mají nukleotidy jednu nebo více dalších fosfátových skupin. To znamená, že nukleotid je nukleosid s fosfátovou skupinou.

vlastnosti

Nukleosidy jsou molekuly tvořené stavebními bloky nukleových kyselin. Mají nízkou molekulovou hmotnost a jsou v rozmezí 227,22 až 383,31 g / mol.

Díky dusíkaté bázi tyto struktury reagují jako báze s hodnotami pKa mezi 3,3 a 9,8.

Struktura

Nukleosidová struktura obsahuje dusíkatou bázi vázanou kovalentní vazbou na cukr s pěti atomy uhlíku. Tyto komponenty důkladně prozkoumáme níže.

Dusíková báze

První složka - dusíkatá báze, také nazývaná nukleobáze - je plochá aromatická molekula, která ve své struktuře obsahuje dusík a může to být purin nebo pyrimidin.

První jsou tvořeny dvěma kondenzovanými kruhy: jedním ze šesti atomů a druhým z pěti. Pyrimidiny jsou menší a jsou tvořeny jedním prstencem.

Přístřešek

Druhou strukturní složkou je pentóza, kterou může být ribóza nebo deoxyribóza. Ribóza je „normální“ cukr, kde každý atom uhlíku je vázán atomem kyslíku. V případě deoxyribózy je cukr modifikován, protože postrádá atom kyslíku na 2 'uhlíku.

Odkaz

Ve všech nukleosidech (a také v nukleotidech), které přirozeně nalézáme, je vazba mezi oběma molekulami β-N-glykosidického typu a je odolná vůči alkalickému štěpení.

1 'uhlík cukru je připojen k dusíku 1 pyrimidinu a dusíku 9 purinu. Jak vidíme, jedná se o stejné složky, jaké najdeme v monomerech, které tvoří nukleové kyseliny: nukleotidy.

Modifikované nukleosidy

Dosud jsme popsali obecnou strukturu nukleosidů. Existují však určité chemické modifikace, z nichž nejběžnější je spojení methylové skupiny s dusíkatou bází. Methylace může také nastat v uhlohydrátové části.

Jiné méně časté modifikace zahrnují izomeraci, například z uridinu na pseudouridin; ztráta vodíku; acetylace; formylace; a hydroxylace.

Klasifikace a nomenklatura

V závislosti na strukturních složkách nukleosidu byla stanovena klasifikace na ribonukleosidy a deoxynukleosidy. V první kategorii najdeme nukleosidy, jejichž purin nebo pyrimidin je spojen s ribózou. Kromě toho jsou dusíkatými bázemi, které je tvoří, adenin, guanin, cytosin a uracil.

V deoxynukleosidech je dusíkatá báze ukotvena k deoxyribose. Báze, které najdeme, jsou stejné jako v ribonukleotidech, s výjimkou toho, že pyrimidin uracil je nahrazen thyminem.

Tímto způsobem jsou ribonukleosidy pojmenovány v závislosti na dusíkaté bázi, kterou molekula obsahuje, a stanoví následující nomenklaturu: adenosin, cytidin, uridin a guanosin. K identifikaci deoxynukleosidu se přidá předpona deoxy-, konkrétně: deoxyadenosin, deoxycytidin, deoxyuridin a deoxyguanosin.

Jak jsme již zmínili dříve, základní rozdíl mezi nukleotidem a nukleosidem spočívá v tom, že první obsahuje fosfátovou skupinu připojenou k 3 'uhlíku (3'-nukleotid) nebo k 5' uhlíku (5'-nukleotid). Z hlediska nomenklatury tedy můžeme zjistit, že synonymem prvního případu je nukleosid-5'-fosfát.

Biologické funkce

Strukturální bloky

Nukleosid trifosfát (tj. Se třemi fosfáty ve své struktuře) jsou surovinou pro konstrukci nukleových kyselin: DNA a RNA.

Zásobárna energie

Díky vysokoenergetickým vazbám, které drží fosfátové skupiny pohromadě, jsou to struktury, které snadno ukládají energii odpovídající dostupnosti pro buňku. Nejznámějším příkladem je ATP (adenosintrifosfát), lépe známý jako „energetická měna buňky“.

Místní hormony

Nukleosidy samotné (bez fosfátových skupin ve své struktuře) nemají významnou biologickou aktivitu. U savců však objevujeme výraznou výjimku: molekulu adenosinu.

V těchto organismech adenosin převezme roli autocoidu, což znamená, že funguje jako lokální hormon a také jako neuromodulátor.

Cirkulace adenosinu v krevním řečišti moduluje mimo jiné různé funkce, jako je vazodilatace, srdeční frekvence, kontrakce v hladkém svalstvu, uvolňování neurotransmiterů, degradace lipidů.

Adenosin je známý svou úlohou při regulaci spánku. Když se koncentrace tohoto nukleosidu zvyšuje, způsobuje únavu a spánek. Proto nás spotřeba kofeinu (molekuly podobné adenosinu) udržuje vzhůru, protože blokuje interakce adenosinu a jeho příslušných receptorů v mozku.

Nukleosidy ve stravě

Nukleosidy mohou být konzumovány v potravě a bylo prokázáno, že modulují různé fyziologické procesy, což prospívá určitým aspektům imunitního systému, vývoji a růstu gastrointestinálního traktu, metabolismu lipidů, jaterním funkcím a dalším.

Oni jsou hojné komponenty v mateřském mléce, čaj, pivo, maso a ryby, mezi ostatními potravinami.

Exogenní suplementace nukleosidy (a nukleotidy) je důležitá u pacientů, kteří postrádají schopnost syntetizovat tyto sloučeniny de novo.

Pokud jde o absorpci, téměř 90% nukleotidů je absorbováno ve formě nukleosidů a znovu fosforylováno v buňkách střeva.

Lékařské aplikace: protirakovinné a antivirové

Určité nukleosidové nebo modifikované nukleotidové analogy vykazují protirakovinovou a antivirovou aktivitu, což mimo jiné umožňuje léčbu stavů s významným lékařským významem, jako je HIV / AIDS, herpes virus, virus hepatitidy B a leukémie.

Tyto molekuly se používají k léčbě těchto patologií, protože mají schopnost inhibovat syntézu DNA. Ty jsou aktivně transportovány do buňky a, protože představují chemické modifikace, brání budoucí replikaci virového genomu.

Analogy, které se používají jako ošetření, jsou syntetizovány různými chemickými reakcemi. Modifikace mohou přijít v části ribózy nebo v dusíkaté bázi.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Základní buněčná biologie. Věnec věnec.
2. Borea, PA, Gessi, S., Merighi, S., Vincenzi, F. a Varani, K. (2018). Farmakologie adenosinových receptorů: stav techniky. Physiologický přehled, 98 (3), 1591-1625.
3. Cooper, GM a Hausman, RE (2007). Buňka: molekulární přístup. Washington, DC, Sunderland, MA.
4. Griffiths, AJ (2002). Moderní genetická analýza: integrace genů a genomů. Macmillan.
5. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Úvod do genetické analýzy. Macmillan.
6. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biochemie: text a atlas. Panamerican Medical Ed.
7. Mikhailopulo, IA, a Miroshnikov, AI (2010). Nové trendy v biotechnologii nukleosidů. Acta Naturae 2 (5).
8. Passarge, E. (2009). Genetický text a atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Siegel, GJ (1999). Základní neurochemie: molekulární, buněčné a lékařské aspekty. Lippincott-Raven.