НУКЛЕОЗИД: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА ТА ЗАСТОСУВАННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

У нуклеозиди представляють собою велику групу біологічних молекул , що складаються з азотистої основи і п'ять в - вуглецевий цукор ковалентно пов'язані між собою . У структурі вони дуже різноманітні.

Вони є попередниками синтезу нуклеїнових кислот (ДНК та РНК), фундаментальної події для контролю обміну речовин і росту всіх живих істот. Вони також беруть участь у різних біологічних процесах, модулюючи деякі заходи нервової, м’язової та серцево-судинної систем, серед інших.

Джерело: Nucleotides_1.svg: Борис (PNG), SVG by Sjefderivative work: Huhsunqu

Сьогодні модифіковані нуклеозиди використовуються як противірусна та протиракова терапія завдяки їх властивості блокувати реплікацію ДНК.

Важливо не плутати термін нуклеозид з нуклеотидом. Хоча обидва елементи структурно схожі, оскільки складаються з мономерів нуклеїнових кислот, нуклеотиди мають одну або більше додаткових фосфатних груп. Тобто нуклеотид - це нуклеозид з фосфатною групою.

характеристики

Нуклеозиди - це молекули, що складаються з будівельних блоків нуклеїнових кислот. Вони мають низьку молекулярну масу і знаходяться в діапазоні від 227,22 до 383,31 г / моль.

Завдяки азотистій основі ці структури реагують як основи зі значеннями pKa між 3,3 і 9,8.

Будова

Нуклеозидна структура включає азотисту основу, пов'язану ковалентним зв'язком із п’ятивуглецевим цукром. Ми детально вивчимо ці компоненти нижче.

Азотна основа

Перший компонент - азотиста основа, яку ще називають нуклеобазою - це плоска ароматична молекула, яка містить азот у своїй структурі, і може бути пурином або піримідином.

Перші складаються з двох зрощених кілець: одне з шести атомів, а друге з п'яти. Піримідини менші і складаються з одного кільця.

Пентхаус

Другий структурний компонент - пентоза, яка може бути рибозою або дезоксирибозою. Рибоза - це "звичайний" цукор, де кожен атом вуглецю пов'язаний з атомом кисню. У разі дезоксирибози цукор модифікується, оскільки йому не вистачає атома кисню при 2 'вуглецю.

Посилання

У всіх нуклеозидах (а також у нуклеотидах), які ми знаходимо природним чином, зв’язок між обома молекулами має β-N-глікозидний тип, і він стійкий до лужного розщеплення.

1 'вуглець цукру приєднується до азоту 1 піримідину та азоту 9 пурину. Як ми бачимо, це ті самі компоненти, які ми знаходимо в мономерах, що складають нуклеїнові кислоти: нуклеотиди.

Модифіковані нуклеозиди

Поки ми описали загальну структуру нуклеозидів. Однак є деякі з певними хімічними модифікаціями, найбільш поширеними є об'єднання метильної групи з азотистою основою. Метилювання також може відбуватися у вуглеводної частини.

Інші менш часті модифікації включають ізомеризацію, наприклад, від уридину до псевдоридину; втрата водню; ацетилювання; формулювання; і гідроксилювання.

Класифікація та номенклатура

Залежно від структурних компонентів нуклеозиду встановлено класифікацію на рибонуклеозиди та дезоксинуклеозиди. У першій категорії ми знаходимо нуклеозиди, чий пурин або піримідин пов'язаний з рибозою. Крім того, азотистими основами, які їх утворюють, є аденін, гуанін, цитозин та урацил.

У дезоксинуклеозидах азотиста основа кріпиться до дезоксирибози. Основи, які ми знаходимо, такі ж, як у рибонуклеотидів, за винятком того, що піримідин урацил замінюється тиміном.

Таким чином називаються рибонуклеозиди залежно від азотистої основи, яку містить молекула, встановлюючи таку номенклатуру: аденозин, цитидин, уридин та гуанозин. Для ідентифікації дезоксинуклеозиду додається префікс дезокси-, а саме: дезоксиаденозин, дезоксицитидин, дезоксиуридин та дезоксигуанозин.

Як ми вже згадували раніше, принципова відмінність між нуклеотидом і нуклеозидом полягає в тому, що перший має фосфатну групу, приєднану до 3 'вуглецю (3'-нуклеотиду) або до 5' вуглецю (5'-нуклеотиду). Таким чином, з точки зору номенклатури ми можемо виявити, що синонімом першого випадку є нуклеозид-5'-фосфат.

Біологічні функції

Структурні блоки

Нуклеозид трифосфат (тобто з трьома фосфатами в їх структурі) є сировиною для побудови нуклеїнових кислот: ДНК та РНК.

Зберігання енергії

Завдяки високоенергетичним зв’язкам, які утримують фосфатні групи разом, вони є структурами, які легко зберігають енергію, достатню для клітини. Найвідоміший приклад - АТФ (аденозинтрифосфат), більш відомий як "енергетична валюта клітини".

Місцеві гормони

Самі нуклеозиди (без фосфатних груп у своїй структурі) не мають значної біологічної активності. Однак у ссавців ми знаходимо яскравий виняток: молекула аденозину.

У цих організмах аденозин бере на себе роль аутоїда, а це означає, що він функціонує як місцевий гормон, а також як нейромодулятор.

Циркуляція аденозину в кровотоці модулює різні функції, такі як вазодилатація, частота серцевих скорочень, скорочення гладкої мускулатури, вивільнення нейромедіаторів, деградація ліпідів тощо.

Аденозин славиться своєю роллю в регуляції сну. Коли концентрація цього нуклеозиду збільшується, це викликає втому і сон. Ось чому споживання кофеїну (молекули, подібної аденозину) тримає нас неспаними, оскільки він блокує взаємодію аденозину та відповідних його рецепторів у мозку.

Нуклеозиди в раціоні

Нуклеозиди можна вживати в їжу, і було показано, що вони модулюють різні фізіологічні процеси, приносячи користь певним аспектам імунної системи, розвитку та зростанню шлунково-кишкового тракту, ліпідного обміну, функцій печінки, серед інших.

Вони є рясними компонентами в грудному молоці, чаї, пиві, м’ясі та рибі, серед інших продуктів.

Екзогенні нуклеозидні (та нуклеотидні) добавки важливі у пацієнтів, які не мають можливості синтезувати ці сполуки de novo.

Що стосується абсорбції, то майже 90% нуклеотидів всмоктуються у вигляді нуклеозидів і знову фосфорилюються в клітинах кишечника.

Медичне застосування: протиракові та противірусні засоби

Деякі нуклеозидні або модифіковані нуклеотидні аналоги показали протиракову та противірусну активність, що дозволяє лікувати такі захворювання, які мають важливе медичне значення, такі як ВІЛ / СНІД, вірус герпесу, вірус гепатиту В та лейкемія.

Ці молекули використовуються для лікування цих патологій, оскільки вони мають здатність гальмувати синтез ДНК. Вони активно транспортуються в клітину і, оскільки вони представляють хімічні модифікації, запобігають подальшій реплікації вірусного геному.

Аналоги, які використовуються в якості лікування, синтезуються різними хімічними реакціями. Модифікації можуть надходити в частині рибози або в азотистій основі.

Список літератури

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Основна клітинна біологія. Гарленд Наука.
2. Borea, PA, Gessi, S., Merighi, S., Vincenzi, F., & Varani, K. (2018). Фармакологія аденозинових рецепторів: рівень техніки. Фізіологічні огляди, 98 (3), 1591-1625.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2007). Клітина: молекулярний підхід. Вашингтон, округ Колумбія, Сандерленд, Массачусетс.
4. Griffiths, AJ (2002). Сучасний генетичний аналіз: інтеграція генів і геномів. Макміллан.
5. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Вступ до генетичного аналізу. Макміллан.
6. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Біохімія: текст та атлас. Panamerican Medical Ed.
7. Михайлопуло, І. А. та Мірошников, А. І. (2010). Нові тенденції в нуклеозидній біотехнології. Acta Naturae 2 (5).
8. Пасаж, Е. (2009). Генетичний текст та атлас. Panamerican Medical Ed.
9. Siegel, GJ (1999). Основні нейрохімії: молекулярний, клітинний та медичний аспекти. Ліппінкотт-Ворон.