NUKLEOZID: KARAKTERISTIKE, STRUKTURA I PRIMJENA - BIOLOGIJA - 2026

Su nukleozidi su velika skupina bioloških molekula koja se sastoji od dušične baze i peterodijelnog - ugljik šećer kovalentno povezane. U pogledu struktura one su vrlo raznolike.

Oni su prekursori za sintezu nukleinskih kiselina (DNA i RNA), temeljni događaj za kontrolu metabolizma i rasta svih živih bića. Oni također sudjeluju u raznim biološkim procesima, modulirajući između ostalih aktivnosti živčanog, mišićnog i kardiovaskularnog sustava.

Izvor: Nucleotides_1.svg: Boris (PNG), SVG od Sjefderivativni rad: Huhsunqu

Danas se modificirani nukleozidi koriste kao antivirusna i antikancerogena terapija zahvaljujući svojstvu blokiranja replikacije DNK.

Važno je da se pojam nukleozida ne brka sa nukleotidom. Iako su oba elementa strukturno slična, budući da se sastoje od monomera nukleinskih kiselina, nukleotidi imaju jednu ili više dodatnih fosfatnih skupina. Odnosno, nukleotid je nukleozid s fosfatnom skupinom.

karakteristike

Nukleozidi su molekule sastavljene od građevnih blokova nukleinskih kiselina. Niske su molekulske težine i kreću se u rasponu između 227,22 i 383,31 g / mol.

Zahvaljujući dušičnoj bazi, ove strukture reagiraju kao baze s vrijednostima pKa između 3,3 i 9,8.

Struktura

Nukleozidna struktura sadrži dušičnu bazu povezanu kovalentnom vezom na šećer s pet ugljika. U nastavku ćemo detaljno istražiti ove komponente.

Dušikova baza

Prva komponenta - dušična baza, koja se naziva i nukleobaza - ravna je aromatična molekula koja u svojoj strukturi sadrži dušik i može biti purin ili pirimidin.

Prvi se sastoje od dva spojena prstena: jedan od šest atoma, a drugi od pet. Pirimidini su manji i čine ih jedan prsten.

nastrešnica

Druga strukturna komponenta je pentoza, koja može biti riboza ili deoksiriboza. Riboza je "normalan" šećer gdje je svaki ugljikov atom povezan kisikovim atomom. U slučaju deoksiriboze, šećer je modificiran, jer mu nedostaje atom kisika na 2 'ugljika.

Veza

U svim nukleozidima (a također i u nukleotidima) koje prirodno nalazimo, veza između obje molekule je tipa β-N-glikozida i otporna je na alkalno cijepanje.

1 'ugljik šećera vezan je za dušik 1 pirimidina i dušik 9 purina. Kao što vidimo, to su iste komponente koje nalazimo u monomerima koji čine nukleinske kiseline: nukleotidi.

Modificirani nukleozidi

Do sada smo opisali opću strukturu nukleozida. Međutim, postoje neke s određenim kemijskim modifikacijama, a najčešće je sjedinjenje metilne skupine s dušičnom bazom. Metilacije se mogu pojaviti i u dijelu ugljikohidrata.

Ostale manje česte modifikacije uključuju izomerizaciju, na primjer od uridina do pseudouridina; gubitak vodika; acetilacija; formilacija; i hidroksilacija.

Razvrstavanje i nomenklatura

Ovisno o strukturalnim komponentama nukleozida, uspostavljena je klasifikacija u ribonukleozidoze i deoksinenukleozide. U prvoj kategoriji nalazimo nukleozide čiji je purin ili pirimidin povezan s ribozom. Pored toga, dušične baze koje ih tvore su adenin, gvanin, citozin i uracil.

U deoksinnukleozidima dušična baza je usidrena za deoksiribozu. Baze koje nalazimo iste su kao u ribonukleotidima, s izuzetkom da je pirimidin uracil zamijenjen timinom.

Na taj se način nazivaju ribonukleozidi ovisno o dušičnoj bazi koju molekula sadrži, uspostavljajući sljedeću nomenklaturu: adenozin, citidin, uridin i guanozin. Da bi se identificirao deoksinunukleozid, dodaje se prefiks deoksi-, i to: deoksiadenozin, deoksicitidin, deoksiuridin i deoksiguanozin.

Kao što smo ranije spomenuli, temeljna razlika između nukleotida i nukleozida je ta što prva ima fosfatnu skupinu vezanu za 3 'ugljik (3'-nukleotid) ili 5' ugljik (5'-nukleotid). Dakle, u pogledu nomenklature možemo pronaći da je sinonim prvog slučaja nukleozid-5'-fosfat.

Biološke funkcije

Strukturni blokovi

Nukleozid trifosfat (to jest, s tri fosfata u svojoj strukturi) su sirovina za izgradnju nukleinskih kiselina: DNA i RNA.

Pohrana energije

Zahvaljujući visokoenergetskim vezama koje zajedno drže fosfatne skupine, to su strukture koje lako pohranjuju energiju odgovarajuće raspoloživosti za stanicu. Najpoznatiji primjer je ATP (adenozin trifosfat), poznatiji kao "energetska valuta stanice".

Lokalni hormoni

Sami nukleozidi (bez fosfatnih skupina u svojoj strukturi) nemaju značajnu biološku aktivnost. Međutim, kod sisavaca nalazimo upečatljiv izuzetak: molekula adenozina.

U tim organizmima adenozin preuzima ulogu autokoida, što znači da djeluje kao lokalni hormon, a također i kao neuromodulator.

Cirkulacija adenozina u krvotoku modulira različite funkcije kao što su vazodilatacija, otkucaji srca, kontrakcije u glatkom mišiću, oslobađanje neurotransmitera, razgradnja lipida, među ostalim.

Adenozin je poznat po svojoj ulozi u regulaciji sna. Kada se koncentracija ovog nukleozida poveća, izaziva umor i san. Zbog toga nas konzumiranje kofeina (molekule slične adenozinu) drži budnom, jer blokira interakcije adenozina i njegovih receptora u mozgu.

Nukleozidi u prehrani

Nukleozidi se mogu konzumirati u hrani, a pokazalo se da moduliraju različite fiziološke procese, pogodujući određenim aspektima imunološkog sustava, razvoju i rastu gastrointestinalnog trakta, metabolizmu lipida, funkciji jetre, između ostalog.

Oni su u izobilju sastojaka u majčinom mlijeku, čaju, pivu, mesu i ribi, među ostalim namirnicama.

Egzogena suplementacija nukleozida (i nukleotida) važna je kod pacijenata kojima nedostaje sposobnost sinteze ovih spojeva.

Što se tiče apsorpcije, gotovo 90% nukleotida apsorbira se u obliku nukleozida i ponovno fosforilira u stanicama crijeva.

Medicinske primjene: antikancerogeni i antivirusni

Određeni nukleozidni ili modificirani nukleotidni analozi pokazali su antikancerogenu i antivirusnu aktivnost, omogućujući liječenje stanja od značajnog medicinskog značaja kao što su HIV / AIDS, herpes virus, virus hepatitisa B i leukemija.

Te se molekule koriste za liječenje ovih patologija, jer imaju sposobnost inhibiranja sinteze DNK. Oni se aktivno prenose u stanicu i, budući da predstavljaju kemijske modifikacije, sprječavaju buduću replikaciju virusnog genoma.

Analozi koji se koriste kao liječenje sintetizirani su različitim kemijskim reakcijama. Promjene mogu doći u dijelu riboze ili u dušičnoj bazi.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… i Walter, P. (2013). Bitna stanična biologija. Garland Science.
2. Borea, PA, Gessi, S., Merighi, S., Vincenzi, F., & Varani, K. (2018). Farmakologija receptora adenozina: stanje tehnike. Fiziološki pregledi, 98 (3), 1591-1625.
3. Cooper, GM i Hausman, RE (2007). Stanica: molekularni pristup. Washington, DC, Sunderland, MA.
4. Griffiths, AJ (2002). Suvremena genetska analiza: integriranje gena i genoma. Macmillan.
5. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, i Miller, JH (2005). Uvod u genetsku analizu. Macmillan.
6. Koolman, J., i Röhm, KH (2005). Biokemija: tekst i atlas. Panamerican Medical Ed.
7. Mikhailopulo, IA, i Miroshnikov, AI (2010). Novi trendovi u nukleozidnoj biotehnologiji. Acta Naturae 2 (5).
8. Passarge, E. (2009). Tekst i atlas genetike. Panamerican Medical Ed.
9. Siegel, GJ (1999). Osnovna neurokemija: molekularni, stanični i medicinski aspekti. Lippincott-Raven.