Nukleosidegenskaper, struktur og anvendelser

De nukleosider De er en stor gruppe biologiske molekyler som består av en nitrogenholdig base og et sukker med fem karbon, kovalent bundet. Når det gjelder strukturer, er de veldig forskjellige.

De er forløperne for syntesen av nukleinsyrer (DNA og RNA), en grunnleggende begivenhet for kontroll av metabolismen og veksten av alle levende vesener. De deltar også i ulike biologiske prosesser, og modulerer noen aktiviteter i blant annet nervesystemet, muskulaturen og kardiovaskulærsystemet..

I dag brukes modifiserte nukleosider som antiviral og kreftbehandling takket være deres egenskap å blokkere DNA-replikasjon.

Det er viktig å ikke forveksle begrepet nukleosid med nukleotid. Selv om begge elementene er strukturelt like ved at de består av monomerene av nukleinsyrer, har nukleotidene en eller flere ekstra fosfatgrupper. Det vil si at et nukleotid er et nukleosid med en fosfatgruppe.

Artikkelindeks

• 1 Funksjoner
• 2 Struktur
  • 2.1 Nitrogenbase
  • 2.2 Pentose
  • 2.3 Kobling
  • 2.4 Modifiserte nukleosider
• 3 Klassifisering og nomenklatur
• 4 Biologiske funksjoner
  • 4.1 Strukturelle blokker
  • 4.2 Energilagring
  • 4.3 Lokale hormoner
• 5 Nukleosider i dietten
• 6 Medisinske anvendelser: antikreft og antiviral
• 7 Referanser

Kjennetegn

Nukleosider er molekyler som består av byggesteinene til nukleinsyrer. De har lav molekylvekt og ligger i et område mellom 227,22 til 383,31 g / mol.

Takket være den nitrogenholdige basen reagerer disse strukturene som baser med pKa-verdier mellom 3,3 og 9,8.

Struktur

Nukleosidstrukturen består av en nitrogenholdig base bundet av en kovalent binding til et sukker med fem karbon. Vi vil utforske disse komponentene grundig nedenfor..

Nitrogenbase

Den første komponenten - den nitrogenholdige basen, også kalt nukleobase - er et flatt molekyl av aromatisk karakter som inneholder nitrogen i sin struktur, og kan være purin eller pyrimidin.

Førstnevnte består av to smeltede ringer: ett av seks atomer og det andre av fem. Pyrimidiner er mindre og består av en enkelt ring.

Pentose

Den andre strukturelle komponenten er en pentose, som kan være en ribose eller en deoksyribose. Ribose er et "normalt" sukker der hvert karbonatom er bundet til et av oksygen. Når det gjelder deoksyribose, blir sukkeret modifisert, siden det mangler et oksygenatom ved karbon 2 '.

Link

I alle nukleosider (og også i nukleotider) som vi naturlig finner, er bindingen mellom begge molekylene av β-N-glykosid-typen, og den er motstandsdyktig mot alkalisk spaltning..

1'-karbonet i sukkeret er bundet til nitrogen 1 av pyrimidin og nitrogen 9 av purin. Som vi kan se, er dette de samme komponentene som vi finner i monomerene som utgjør nukleinsyrer: nukleotider.

Modifiserte nukleosider

Så langt har vi beskrevet den generelle strukturen til nukleosider. Imidlertid er det noen med visse kjemiske modifikasjoner, den vanligste er foreningen av en metylgruppe med den nitrogenholdige basen. Metyleringer kan også forekomme i karbohydratdelen.

Andre mindre hyppige modifikasjoner inkluderer isomerisering, for eksempel fra uridin til pseudouridin; tap av hydrogener; acetylering; formylering; og hydroksylering.

Klassifisering og nomenklatur

Avhengig av strukturelle komponenter i nukleosidet, er det etablert en klassifisering i ribonukleosider og deoksynukleosider. I den første kategorien finner vi nukleosidene hvis purin eller pyrimidin er knyttet til en ribose. I tillegg er de nitrogenholdige basene som danner dem adenin, guanin, cytosin og uracil.

I deoksynukleosider er den nitrogenholdige basen forankret til deoksyribose. Basene vi finner er de samme som i ribonukleotider, med unntak av at pyrimidin uracil erstattes av en tymin.

På denne måten blir ribonukleosider navngitt avhengig av den nitrogenholdige basen som molekylet inneholder, og etablerer følgende nomenklatur: adenosin, cytidin, uridin og guanosin. For å identifisere et deoksynukleosid, blir prefikset deoksy lagt til, nemlig: deoksyadenosin, deoksycytidin, deoksyuridin og deoksyguanosin.

Som vi nevnte tidligere, er den grunnleggende forskjellen mellom et nukleotid og et nukleosid at førstnevnte har en fosfatgruppe festet til 3'-karbon (3'-nukleotid) eller til 5'-karbon (5'-nukleotid). Når det gjelder nomenklatur, kan vi således finne at et synonym for det første tilfellet er et nukleosid-5'-fosfat.

Biologiske funksjoner

Strukturelle blokker

Nukleosidtrifosfat (det vil si med tre fosfater i strukturen) er råmaterialet for konstruksjon av nukleinsyrer: DNA og RNA.

Energilagring

Takket være høyenergibindinger som holder fosfatgruppene sammen, er de strukturer som enkelt lagrer energi med tilstrekkelig tilgjengelighet for cellen. Det mest kjente eksemplet er ATP (adenosintrifosfat), bedre kjent som "celleens energivaluta".

Lokale hormoner

Nukleosidene i seg selv (uten fosfatgrupper i strukturen) har ikke signifikant biologisk aktivitet. Imidlertid finner vi hos pattedyr et slående unntak: adenosinmolekylet.

I disse organismer tar adenosin rollen som autocoid, noe som betyr at det fungerer som et lokalt hormon og også som en neuromodulator..

Sirkulasjonen av adenosin i blodet modulerer forskjellige funksjoner som vasodilatasjon, hjertefrekvens, sammentrekninger i glatte muskler, frigjøring av nevrotransmittere, nedbrytning av lipider, blant andre..

Adenosine er kjent for sin rolle i å regulere søvn. Når konsentrasjonen av dette nukleosidet øker, forårsaker det tretthet og søvn. Derfor holder forbruket av koffein (et molekyl som ligner adenosin) oss våkne, siden det blokkerer interaksjonen mellom adenosin og dets respektive reseptorer i hjernen..

Nukleosider i dietten

Nukleosider kan konsumeres i mat, og det har vist seg at de modulerer forskjellige fysiologiske prosesser, noe som gagner visse aspekter av immunforsvaret, utvikling og vekst av mage-tarmkanalen, lipidmetabolisme, leverfunksjoner, blant andre..

De er mange komponenter i morsmelk, te, øl, kjøtt og fisk, blant andre matvarer.

Eksogent nukleosid (og nukleotid) tilskudd er viktig hos pasienter som mangler evnen til å syntetisere disse forbindelsene de novo.

Når det gjelder absorpsjon, absorberes nesten 90% av nukleotidene i form av nukleosider og fosforyleres igjen i tarmcellene..

Medisinske bruksområder: anticancer og antiviral

Enkelte nukleosid- eller modifiserte nukleotidanaloger har vist anticancer og antiviral aktivitet, som tillater behandling av tilstander av betydelig medisinsk betydning, slik som HIV / AIDS, herpesvirus, hepatitt B-virus og leukemi, blant andre..

Disse molekylene brukes til behandling av disse patologiene, siden de har evnen til å hemme DNA-syntese. Disse blir aktivt transportert inn i cellen og forhindrer fremtidig replikering av virusgenomet når de presenterer kjemiske modifikasjoner..

Analogene som brukes som behandling syntetiseres gjennom forskjellige kjemiske reaksjoner. Modifikasjoner kan komme i ribose-delen eller i den nitrogenholdige basen.

Referanser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Essensiell cellebiologi. Garland vitenskap.
2. Borea, P. A., Gessi, S., Merighi, S., Vincenzi, F., & Varani, K. (2018). Farmakologi av adenosinreseptorer: den nyeste teknikken. Fysiologiske vurderinger, 98(3), 1591-1625.
3. Cooper, G. M. og Hausman, R. E. (2007). Cellen: en molekylær tilnærming. Washington, DC, Sunderland, MA.
4. Griffiths, A. J. (2002). Moderne genetisk analyse: integrering av gener og genomer. Macmillan.
5. Griffiths, A. J., Wessler, S. R., Lewontin, R. C., Gelbart, W. M., Suzuki, D. T., og Miller, J. H. (2005). En introduksjon til genetisk analyse. Macmillan.
6. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biokjemi: tekst og atlas. Panamerican Medical Ed..
7. Mikhailopulo, I. A. og Miroshnikov, A. I. (2010). Nye trender innen nukleosidbioteknologi. Act Naturae 2(5).
8. Passarge, E. (2009). Genetisk tekst og atlas. Panamerican Medical Ed..
9. Siegel, G. J. (1999). Grunnleggende nevrokjemi: molekylære, cellulære og medisinske aspekter. Lippincott-Raven.