НУКЛЕОЗИД: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА И ПРИЛОЖЕНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

На нуклеозиди са голяма група от биологични молекули, състоящи се от азотна база и пет - въглерод захар ковалентно свързани. По отношение на структурите те са много разнообразни.

Те са прекурсори за синтеза на нуклеинови киселини (ДНК и РНК), фундаментално събитие за контрол на метаболизма и растежа на всички живи същества. Те също участват в различни биологични процеси, модулирайки някои дейности на нервната, мускулната и сърдечно-съдовата система, наред с други.

Източник: Nucleotides_1.svg: Борис (PNG), SVG от Sjefderivative work: Huhsunqu

Днес модифицираните нуклеозиди се използват като антивирусна и противоракова терапия благодарение на свойството им да блокират репликацията на ДНК.

Важно е да не се бърка терминът нуклеозид с нуклеотид. Въпреки че и двата елемента структурно си приличат, тъй като са съставени от мономерите на нуклеиновите киселини, нуклеотидите имат една или повече допълнителни фосфатни групи. Тоест нуклеотид е нуклеозид с фосфатна група.

характеристики

Нуклеозидите са молекули, изградени от градивните елементи на нуклеиновите киселини. Те са с ниско молекулно тегло и са в диапазон между 227,22 до 383,31 g / mol.

Благодарение на азотната основа тези структури реагират като основи със стойности на pKa между 3,3 и 9,8.

структура

Нуклеозидната структура включва азотна основа, свързана с ковалентна връзка с пет въглеродна захар. Ще разгледаме подробно тези компоненти по-долу.

Азотна основа

Първият компонент - азотната основа, наричана още нуклеобаза - е плоска ароматна молекула, която съдържа азот в своята структура и може да бъде пурин или пиримидин.

Първите са съставени от два слети пръстена: единият от шест атома, а другият от пет. Пиримидините са по-малки и са съставени от един пръстен.

навес

Вторият структурен компонент е пентоза, която може да бъде рибоза или дезоксирибоза. Рибозата е "нормална" захар, при която всеки въглероден атом е свързан с кислороден атом. В случай на дезоксирибоза захарта се модифицира, тъй като липсва кислороден атом при 2 'въглерод.

връзка

Във всички нуклеозиди (и също в нуклеотиди), които откриваме естествено, връзката между двете молекули е от β-N-гликозиден тип и е устойчива на алкално разцепване.

1 'въглеродът на захарта се свързва с азот 1 на пиримидин и азот 9 пурин. Както виждаме, това са същите компоненти, които откриваме в мономерите, които съставят нуклеинови киселини: нуклеотиди.

Модифицирани нуклеозиди

Досега описахме общата структура на нуклеозидите. Съществуват обаче някои с определени химически модификации, като най-честата е съединението на метилова група с азотната основа. Метилиранията могат да се появят и във въглехидратната част.

Други по-редки модификации включват изомеризация, например от уридин до псевдоридин; загуба на водород; ацетилиране; формилиране; и хидроксилиране.

Класификация и номенклатура

В зависимост от структурните компоненти на нуклеозида е установена класификация на рибонуклеозиди и дезоксинуклеозиди. В първата категория откриваме нуклеозиди, чийто пурин или пиримидин е свързан с рибоза. В допълнение, азотните основи, които ги образуват, са аденин, гуанин, цитозин и урацил.

В дезоксинуклеозидите азотната основа е закотвена за дезоксирибоза. Основите, които откриваме, са същите като при рибонуклеотидите, с изключение на това, че пиримидин урацил се заменя с тимин.

По този начин рибонуклеозидите се назовават в зависимост от азотната основа, която молекулата съдържа, установявайки следната номенклатура: аденозин, цитидин, уридин и гуанозин. За идентифициране на дезоксинуклеозид се добавя префиксът дезокси-, а именно: дезоксиаденозин, дезоксицитидин, дезоксиуридин и дезоксигуанозин.

Както споменахме по-рано, основната разлика между нуклеотид и нуклеозид е, че първата има фосфатна група, свързана към 3 'въглерод (3'-нуклеотид) или към 5' въглерод (5'-нуклеотид). Така по отношение на номенклатурата можем да открием, че синоним на първия случай е нуклеозид-5'-фосфат.

Биологични функции

Структурни блокове

Нуклеозид трифосфатът (тоест с три фосфата в структурата им) е суровината за изграждането на нуклеинови киселини: ДНК и РНК.

Енергиен запас

Благодарение на високоенергийните връзки, които държат фосфатните групи заедно, те са структури, които лесно съхраняват енергия с адекватна наличност за клетката. Най-известният пример е ATP (аденозин трифосфат), по-известен като "енергийна валута на клетката."

Местни хормони

Самите нуклеозиди (без фосфатни групи в структурата си) нямат значителна биологична активност. При бозайниците обаче откриваме поразително изключение: молекулата на аденозин.

В тези организми аденозинът поема ролята на автокоид, което означава, че той функционира като локален хормон, а също и като невромодулатор.

Циркулацията на аденозин в кръвообращението модулира различни функции като вазодилатация, сърдечен ритъм, контракции на гладката мускулатура, освобождаване на невротрансмитери, разграждане на липидите, наред с други.

Аденозинът е известен с ролята си в регулирането на съня. Когато концентрацията на този нуклеозид се увеличи, това причинява умора и сън. Ето защо консумацията на кофеин (молекула, подобна на аденозин) ни държи будни, тъй като той блокира взаимодействията на аденозин и съответните му рецептори в мозъка.

Нуклеозиди в диетата

Нуклеозидите могат да се консумират в храната и е доказано, че те модулират различни физиологични процеси, облагодетелствайки определени аспекти на имунната система, развитието и растежа на стомашно-чревния тракт, липидния метаболизъм, чернодробните функции и др.

Те са в изобилие компоненти в кърмата, чая, бирата, месото и рибата, наред с други храни.

Екзогенните нуклеозидни (и нуклеотидни) добавки са важни при пациенти, които нямат способността да синтезират тези съединения de novo.

По отношение на абсорбцията почти 90% от нуклеотидите се абсорбират под формата на нуклеозиди и отново фосфорилират в клетките на червата.

Медицински приложения: противоракови и антивирусни

Определени нуклеозидни или модифицирани нуклеотидни аналози са демонстрирали противоракова и антивирусна активност, което позволява лечението на състояния със значимо медицинско значение като ХИВ / СПИН, херпес вирус, вирус на хепатит В и левкемия.

Тези молекули се използват за лечение на тези патологии, тъй като имат способността да инхибират синтеза на ДНК. Те се транспортират активно в клетката и, тъй като представляват химически модификации, предотвратяват бъдещата репликация на вирусния геном.

Аналозите, които се използват за лечение, се синтезират от различни химични реакции. Модификациите могат да дойдат в частта на рибозата или в азотната основа.

Препратки

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Съществена клетъчна биология. Garland Science.
2. Borea, PA, Gessi, S., Merighi, S., Vincenzi, F., & Varani, K. (2018). Фармакология на аденозиновите рецептори: състояние на техниката. Физиологични прегледи, 98 (3), 1591-1625.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2007). Клетката: молекулен подход. Вашингтон, окръг Колумбия, Съндърланд, МА.
4. Griffiths, AJ (2002). Съвременен генетичен анализ: интегриране на гени и геноми. Macmillan.
5. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Въведение в генетичния анализ. Macmillan.
6. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Биохимия: текст и атлас. Panamerican Medical Ed.
7. Mihailopulo, IA, и Miroshnikov, AI (2010). Нови тенденции в нуклеозидната биотехнология. Acta Naturae 2 (5).
8. Passarge, E. (2009). Генетичен текст и атлас. Panamerican Medical Ed.
9. Siegel, GJ (1999). Основна неврохимия: молекулярни, клетъчни и медицински аспекти. Lippincott-Raven.