NUKLEOZYDY: CHARAKTERYSTYKA, STRUKTURA I ZASTOSOWANIA - BIOLOGIA - 2026

W nukleozydy duża grupa cząsteczek biologicznych, składająca się z zasady azotowej i pięć - cukier węgla kowalencyjnie związane. Pod względem konstrukcji są bardzo zróżnicowane.

Są prekursorami syntezy kwasów nukleinowych (DNA i RNA), podstawowego wydarzenia kontrolującego metabolizm i wzrost wszystkich żywych istot. Uczestniczą także w różnych procesach biologicznych, modulując m.in. niektóre czynności układu nerwowego, mięśniowego i sercowo-naczyniowego.

Źródło: Nucleotides_1.svg: Boris (PNG), SVG autorstwa Sjefderivative work: Huhsunqu

Dziś zmodyfikowane nukleozydy są stosowane w terapii przeciwwirusowej i przeciwnowotworowej dzięki ich właściwości blokowania replikacji DNA.

Ważne jest, aby nie mylić terminu nukleozyd z nukleotydem. Chociaż oba elementy są strukturalnie podobne, ponieważ składają się z monomerów kwasów nukleinowych, nukleotydy mają jedną lub więcej dodatkowych grup fosforanowych. Oznacza to, że nukleotyd jest nukleozydem z grupą fosforanową.

cechy

Nukleozydy to cząsteczki zbudowane z bloków budulcowych kwasów nukleinowych. Mają niską masę cząsteczkową, mieszczącą się w zakresie od 227,22 do 383,31 g / mol.

Dzięki zasadzie azotowej struktury te reagują jak zasady o wartościach pKa między 3,3 a 9,8.

Struktura

Struktura nukleozydowa zawiera azotową zasadę połączoną wiązaniem kowalencyjnym z pięciowęglowym cukrem. Poniżej dokładnie zbadamy te elementy.

Baza azotowa

Pierwszy składnik - zasada azotowa, zwana również zasadą nukleinową - jest płaską cząsteczką aromatyczną zawierającą azot w swojej strukturze i może być puryną lub pirymidyną.

Pierwsza składa się z dwóch skondensowanych pierścieni: jednego z sześciu atomów, a drugiego z pięciu. Pirymidyny są mniejsze i składają się z pojedynczego pierścienia.

Daszek

Drugim składnikiem strukturalnym jest pentoza, która może być rybozą lub dezoksyrybozą. Ryboza to „normalny” cukier, w którym każdy atom węgla jest związany z atomem tlenu. W przypadku dezoksyrybozy cukier jest modyfikowany, ponieważ brakuje mu atomu tlenu przy węglu 2 '.

Połączyć

We wszystkich nukleozydach (a także nukleotydach), które możemy znaleźć w naturze, wiązanie między obiema cząsteczkami jest typu β-N-glikozydowego i jest odporne na rozszczepienie zasadowe.

Węgiel 1 'cukru jest przyłączony do azotu 1 pirymidyny i azotu 9 puryny. Jak widać, są to te same składniki, które znajdujemy w monomerach tworzących kwasy nukleinowe: nukleotydy.

Zmodyfikowane nukleozydy

Do tej pory opisaliśmy ogólną strukturę nukleozydów. Istnieją jednak pewne modyfikacje chemiczne, z których najczęstszym jest połączenie grupy metylowej z zasadą azotową. Metylacje mogą również wystąpić w części węglowodanowej.

Inne rzadsze modyfikacje obejmują izomeryzację, na przykład od urydyny do pseudourydyny; utrata wodorów; acetylacja; formylowanie; i hydroksylacja.

Klasyfikacja i nazewnictwo

W zależności od składników strukturalnych nukleozydu dokonano podziału na rybonukleozydy i deoksynukleozydy. W pierwszej kategorii znajdujemy nukleozydy, których puryna lub pirymidyna jest połączona z rybozą. Ponadto tworzące je zasady azotowe to adenina, guanina, cytozyna i uracyl.

W deoksynukleozydach zasada azotowa jest zakotwiczona w dezoksyrybozie. Znajdowane przez nas zasady są takie same, jak w rybonukleotydach, z wyjątkiem tego, że pirymidynuracyl zastąpiono tyminą.

W ten sposób rybonukleozydy są nazywane w zależności od zasady azotowej zawartej w cząsteczce, ustalając następującą nomenklaturę: adenozyna, cytydyna, urydyna i guanozyna. Aby zidentyfikować deoksynukleozyd, dodaje się przedrostek deoksy-, a mianowicie: deoksyadenozyna, deoksycytydyna, deoksyurydyna i deoksyguanozyna.

Jak wspomnieliśmy wcześniej, podstawowa różnica między nukleotydem a nukleozydem polega na tym, że ten pierwszy ma grupę fosforanową przyłączoną do węgla 3 '(3'-nukleotyd) lub do węgla 5' (5'-nukleotyd). Tak więc pod względem nomenklatury możemy stwierdzić, że synonimem pierwszego przypadku jest nukleozyd-5'-fosforan.

Funkcje biologiczne

Bloki konstrukcyjne

Trifosforan nukleozydów (czyli posiadający w swojej strukturze trzy fosforany) jest surowcem do budowy kwasów nukleinowych: DNA i RNA.

Magazynowanie energii

Dzięki wysokoenergetycznym wiązaniom, które utrzymują razem grupy fosforanowe, są to struktury, które z łatwością magazynują energię o odpowiedniej dostępności dla komórki. Najbardziej znanym przykładem jest ATP (trifosforan adenozyny), lepiej znany jako „waluta energetyczna komórki”.

Lokalne hormony

Same nukleozydy (bez grup fosforanowych w swojej strukturze) nie mają znaczącej aktywności biologicznej. Jednak u ssaków znajdujemy uderzający wyjątek: cząsteczkę adenozyny.

W tych organizmach adenozyna pełni rolę autocoidu, co oznacza, że ​​działa jako lokalny hormon, a także jako neuromodulator.

Krążenie adenozyny we krwi moduluje różne funkcje, takie jak rozszerzenie naczyń krwionośnych, częstość akcji serca, skurcze mięśni gładkich, uwalnianie neuroprzekaźników, degradacja lipidów, między innymi.

Adenozyna słynie ze swojej roli w regulowaniu snu. Kiedy stężenie tego nukleozydu wzrasta, powoduje zmęczenie i sen. Dlatego spożywanie kofeiny (cząsteczki podobnej do adenozyny) nie pozwala nam zasnąć, ponieważ blokuje interakcje adenozyny i jej odpowiednich receptorów w mózgu.

Nukleozydy w diecie

Nukleozydy mogą być spożywane w żywności i wykazano, że modulują różne procesy fizjologiczne, korzystnie wpływając na niektóre aspekty układu odpornościowego, rozwój i wzrost przewodu pokarmowego, metabolizm lipidów, funkcje wątroby, między innymi.

Są bogatymi składnikami między innymi w mleku matki, herbacie, piwie, mięsie i rybach.

Suplementacja egzogennych nukleozydów (i nukleotydów) jest ważna u pacjentów, którzy nie mają zdolności syntezy tych związków de novo.

Jeśli chodzi o wchłanianie, prawie 90% nukleotydów jest wchłaniane w postaci nukleozydów i ponownie fosforylowane w komórkach jelita.

Zastosowania medyczne: przeciwnowotworowe i przeciwwirusowe

Niektóre nukleozydy lub modyfikowane analogi nukleotydów wykazały aktywność przeciwnowotworową i przeciwwirusową, umożliwiając leczenie chorób o istotnym znaczeniu medycznym, takich jak między innymi HIV / AIDS, wirus opryszczki, wirus zapalenia wątroby typu B i białaczka.

Te cząsteczki są używane do leczenia tych patologii, ponieważ mają zdolność hamowania syntezy DNA. Są one aktywnie transportowane do komórki, a ponieważ przedstawiają chemiczne modyfikacje, zapobiegają przyszłej replikacji genomu wirusa.

Analogi stosowane w leczeniu są syntetyzowane w różnych reakcjach chemicznych. Modyfikacje mogą nastąpić w części rybozy lub w bazie azotowej.

Bibliografia

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Niezbędna biologia komórki. Garland Science.
2. Borea, PA, Gessi, S., Merighi, S., Vincenzi, F. i Varani, K. (2018). Farmakologia receptorów adenozynowych: stan wiedzy. Physiological reviews, 98 (3), 1591-1625.
3. Cooper, GM i Hausman, RE (2007). Komórka: podejście molekularne. Waszyngton, DC, Sunderland, MA.
4. Griffiths, AJ (2002). Nowoczesna analiza genetyczna: integracja genów i genomów. Macmillan.
5. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT i Miller, JH (2005). Wprowadzenie do analizy genetycznej. Macmillan.
6. Koolman, J. i Röhm, KH (2005). Biochemia: tekst i atlas. Panamerican Medical Ed.
7. Mikhailopulo, IA i Miroshnikov, AI (2010). Nowe trendy w biotechnologii nukleozydów. Acta Naturae 2 (5).
8. Passarge, E. (2009). Tekst i atlas genetyki. Panamerican Medical Ed.
9. Siegel, GJ (1999). Podstawy neurochemii: aspekty molekularne, komórkowe i medyczne. Lippincott-Raven.