NUKLEOZID: ZNAČILNOSTI, ZGRADBA IN UPORABA - BIOLOGIJA - 2026

V nukleozidi so velika skupina bioloških molekul, ki so sestavljeni iz dušikove baze in pet- - sladkor ogljik kovalentno vezan. Glede na strukture so zelo raznolike.

So predhodniki za sintezo nukleinskih kislin (DNA in RNA), temeljni dogodek za nadzor presnove in rasti vseh živih bitij. Sodelujejo tudi v različnih bioloških procesih, med drugim modulirajo nekatere aktivnosti živčnega, mišičnega in kardiovaskularnega sistema.

Vir: Nucleotides_1.svg: Boris (PNG), SVG pri Sjefderivativnem delu: Huhsunqu

Danes se modificirani nukleozidi uporabljajo kot protivirusna in protirakava terapija zahvaljujoč njihovi lastnosti, da blokirajo podvajanje DNK.

Pomembno je, da izraza nukleozid ne zamenjujemo z nukleotidom. Čeprav sta si oba elementa strukturno podobna, saj ju sestavljajo monomeri nukleinskih kislin, imajo nukleotidi eno ali več dodatnih fosfatnih skupin. Se pravi, da je nukleotid nukleozid s fosfatno skupino.

značilnosti

Nukleozidi so molekule, sestavljene iz gradnikov nukleinskih kislin. So z nizko molekulsko maso in so v območju med 227,22 do 383,31 g / mol.

Zahvaljujoč dušikovi bazi te strukture reagirajo kot baze z vrednostmi pKa med 3,3 in 9,8.

Struktura

Nukleozidna struktura obsega dušikovo bazo, povezano s kovalentno vezjo s pet-ogljikovim sladkorjem. Te komponente bomo temeljito raziskali spodaj.

Dušikova baza

Prva komponenta - dušikova baza, imenovana tudi nukleobaza - je ravna aromatična molekula, ki v svoji strukturi vsebuje dušik in je lahko purin ali pirimidin.

Prvega sestavljata dva spojena obroča: eden od šestih atomov, drugi pa iz petih. Pirimidini so manjši in jih sestavlja en sam obroč.

Penthouse

Druga strukturna komponenta je pentoza, ki je lahko riboza ali deoksiriboza. Riboza je "običajni" sladkor, kjer je vsak atom ogljika vezan z atomom kisika. V primeru deoksiriboze se sladkor spremeni, saj nima 2 kisikovega atoma.

Povezava

V vseh nukleozidih (in tudi v nukleotidih), ki jih najdemo po naravni poti, je vez med obema molekulama β-N-glikozidnega tipa in je odporna na alkalno cepitev.

1 'ogljikov sladkor je vezan na dušik 1 pirimidina in dušik 9 purina. Kot lahko vidimo, gre za iste komponente, ki jih najdemo v monomerih, ki sestavljajo nukleinske kisline: nukleotidi.

Spremenjeni nukleozidi

Do sedaj smo opisali splošno strukturo nukleozidov. Vendar pa obstajajo nekateri z določenimi kemijskimi spremembami, najpogostejša je združitev metilne skupine z dušikovo bazo. Metilacije se lahko pojavijo tudi v delu z ogljikovimi hidrati.

Druge manj pogoste modifikacije vključujejo izomerizacijo, na primer od uridina do psevouridina; izguba vodika; acetilacija; oblikovanje; in hidroksilacija.

Razvrstitev in nomenklatura

Glede na strukturne sestavine nukleozida je bila določena razvrstitev v ribonukleozide in deoksinenukleozide. V prvi kategoriji najdemo nukleozide, katerih purin ali pirimidin je povezan z ribozo. Poleg tega so dušikove baze, ki jih tvorijo, adenin, gvanin, citozin in uracil.

V deoksinukleozidih je dušikova baza zasidrana na deoksiribozo. Osnove, ki jih najdemo, so enake kot pri ribonukleotidih, le da je pirimidinski uracil nadomeščen s timinom.

Na ta način imenujemo ribonukleozide glede na dušikovo bazo, ki jo vsebuje molekula, pri čemer se vzpostavi naslednja nomenklatura: adenozin, citidin, uridin in gvanozin. Za identifikacijo deoksinikleukleozida dodamo predpono deoksi-, in sicer: deoksiadenozin, deoksicitidin, deoksiuridin in deoksiguanozin.

Kot smo že omenili, je temeljna razlika med nukleotidom in nukleozidom ta, da ima prva fosfatna skupina, vezana na 3 'ogljik (3'-nukleotid) ali na 5' ogljik (5'-nukleotid). Tako lahko glede na nomenklaturo ugotovimo, da je sinonim prvega primera nukleozid-5'-fosfat.

Biološke funkcije

Strukturni bloki

Nukleozid trifosfat (torej s tremi fosfati v svoji strukturi) je surovina za gradnjo nukleinskih kislin: DNK in RNK.

Shranjevanje energije

Zahvaljujoč visokoenergijskim vezam, ki združujejo fosfatne skupine skupaj, so strukture, ki zlahka hranijo energijo ustrezne razpoložljivosti za celico. Najbolj znan primer je ATP (adenozin trifosfat), bolj znan kot "energijska valuta celice."

Lokalni hormoni

Nukleozidi sami (brez fosfatnih skupin v svoji strukturi) nimajo pomembne biološke aktivnosti. Vendar pa pri sesalcih najdemo presenetljivo izjemo: molekula adenozina.

V teh organizmih adenozin prevzame vlogo avtokoida, kar pomeni, da deluje kot lokalni hormon in tudi kot nevromodulator.

Cirkulacija adenozina v krvnem obtoku modulira različne funkcije, kot so vazodilatacija, srčni utrip, krčenje gladke mišice, sproščanje nevrotransmiterjev, razgradnja lipidov med drugim.

Adenozin je znan po svoji vlogi pri uravnavanju spanja. Ko se koncentracija tega nukleozida poveča, povzroči utrujenost in spanec. Zato nas uživanje kofeina (molekule, podobne adenozinu) ohranja budno, saj blokira interakcije adenozina in njegovih receptorjev v možganih.

Nukleozidi v prehrani

Nukleozidi se lahko zaužijejo v hrani in pokazalo se je, da modulirajo različne fiziološke procese ter tako koristijo določenim vidikom imunskega sistema, razvoju in rasti prebavil, presnovi lipidov, jetrnim funkcijam.

So obilne sestavine v materinem mleku, čaju, pivu, mesu in ribah, med drugimi živili.

Eksogena dopolnitev nukleozidov (in nukleotidov) je pomembna pri bolnikih, ki nimajo sposobnosti sinteze teh spojin de novo.

Glede absorpcije se skoraj 90% nukleotidov absorbira v obliki nukleozidov in ponovno fosforilira v celicah črevesja.

Medicinske aplikacije: antikancerno in protivirusno

Nekateri nukleozidni ali modificirani nukleotidni analogi so pokazali protirakavo in protivirusno delovanje, kar omogoča zdravljenje pogojev pomembnega medicinskega pomena, kot so HIV / AIDS, herpes virus, virus hepatitisa B in levkemija.

Te molekule se uporabljajo za zdravljenje teh patologij, saj imajo sposobnost zaviranja sinteze DNK. Te se aktivno prenašajo v celico in, ker predstavljajo kemične spremembe, preprečujejo razmnoževanje virusnega genoma v prihodnosti.

Analoge, ki se uporabljajo kot zdravljenje, sintetizirajo različne kemijske reakcije. Spremembe lahko pridejo v delu riboze ali v dušikovi bazi.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Bistvena celična biologija. Garland Science.
2. Borea, PA, Gessi, S., Merighi, S., Vincenzi, F., & Varani, K. (2018). Farmakologija adenosinskih receptorjev: najsodobnejše stanje. Fiziološki pregledi, 98 (3), 1591-1625.
3. Cooper, GM in Hausman, RE (2007). Celica: molekularni pristop. Washington, DC, Sunderland, MA.
4. Griffiths, AJ (2002). Sodobna genetska analiza: integracija genov in genomov. Macmillan.
5. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Uvod v genetsko analizo. Macmillan.
6. Koolman, J., in Röhm, KH (2005). Biokemija: besedilo in atlas. Panamerican Medical Ed.
7. Mikhailopulo, IA in Mirošnikov, AI (2010). Novi trendi v nukleozidni biotehnologiji. Acta Naturae 2 (5).
8. Passarge, E. (2009). Gensko besedilo in atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Siegel, GJ (1999). Osnovna nevrokemija: molekularni, celični in medicinski vidik. Lippincott-Raven.