NUCLEOSIDE: KENMERKEN, STRUCTUUR EN TOEPASSINGEN - BIOLOGIE - 2026

De nucleosiden zijn een grote groep biologische moleculen die bestaan ​​uit een stikstofbase en een covalent gebonden suiker met vijf koolstofatomen. Qua structuren zijn ze erg divers.

Ze zijn de voorlopers voor de synthese van nucleïnezuren (DNA en RNA), een fundamentele gebeurtenis voor de controle van het metabolisme en de groei van alle levende wezens. Ze nemen ook deel aan verschillende biologische processen en moduleren onder meer bepaalde activiteiten van het zenuwstelsel, het spierstelsel en het cardiovasculaire systeem.

Bron: Nucleotides_1.svg: Boris (PNG), SVG door Sjefderivative werk: Huhsunqu

Tegenwoordig worden gemodificeerde nucleosiden gebruikt als antivirale en antikankertherapie dankzij hun eigenschap om DNA-replicatie te blokkeren.

Het is belangrijk om de term nucleoside niet te verwarren met nucleotide. Hoewel beide elementen qua structuur gelijk zijn, hebben de nucleotiden, aangezien ze zijn opgebouwd uit de monomeren van nucleïnezuren, een of meer extra fosfaatgroepen. Dat wil zeggen, een nucleotide is een nucleoside met een fosfaatgroep.

kenmerken

Nucleosiden zijn moleculen die zijn opgebouwd uit de bouwstenen van nucleïnezuren. Ze hebben een laag molecuulgewicht en liggen tussen 227,22 en 383,31 g / mol.

Dankzij de stikstofhoudende base reageren deze structuren als basen met pKa-waarden tussen 3,3 en 9,8.

Structuur

De nucleosidestructuur omvat een stikstofhoudende base die door een covalente binding is verbonden met een suiker met vijf koolstofatomen. We zullen deze componenten hieronder grondig onderzoeken.

Stikstofbasis

De eerste component - de stikstofbase, ook wel nucleobase genoemd - is een plat aromatisch molecuul dat stikstof bevat in zijn structuur, en kan een purine of een pyrimidine zijn.

De eerste zijn gemaakt van twee gefuseerde ringen: een van zes atomen en de andere van vijf. Pyrimidines zijn kleiner en bestaan ​​uit een enkele ring.

Penthouse

De tweede structurele component is een pentose, die een ribose of een deoxyribose kan zijn. Ribose is een "normale" suiker waarbij elk koolstofatoom is gebonden aan een zuurstofatoom. In het geval van deoxyribose is de suiker gemodificeerd, omdat het een zuurstofatoom op de 2 'koolstof mist.

Koppeling

In alle nucleosiden (en ook in nucleotiden) die we van nature aantreffen, is de binding tussen beide moleculen van het β-N-glycosidetype en bestand tegen alkalische splitsing.

De 1 'koolstof van de suiker is gebonden aan stikstof 1 van pyrimidine en stikstof 9 van purine. Zoals we kunnen zien, zijn dit dezelfde componenten die we vinden in de monomeren waaruit nucleïnezuren bestaan: nucleotiden.

Gemodificeerde nucleosiden

Tot dusver hebben we de algemene structuur van nucleosiden beschreven. Er zijn er echter enkele met bepaalde chemische modificaties, waarvan de meest voorkomende de vereniging van een methylgroep met de stikstofbase is. Methyleringen kunnen ook voorkomen in het koolhydraatgedeelte.

Andere, minder frequente modificaties omvatten isomerisatie, bijvoorbeeld van uridine naar pseudouridine; verlies van waterstofatomen; acetylering; formylering; en hydroxylering.

Classificatie en nomenclatuur

Afhankelijk van de structurele componenten van het nucleoside, is een indeling in ribonucleosiden en deoxynucleosiden vastgesteld. In de eerste categorie vinden we nucleosiden waarvan purine of pyrimidine is gekoppeld aan een ribose. Bovendien zijn de stikstofhoudende basen die ze vormen adenine, guanine, cytosine en uracil.

In deoxynucleosiden is de stikstofbase verankerd in deoxyribose. De basen die we vinden zijn dezelfde als in ribonucleotiden, behalve dat pyrimidine uracil wordt vervangen door een thymine.

Op deze manier worden ribonucleosiden benoemd afhankelijk van de stikstofbase in het molecuul, waardoor de volgende nomenclatuur wordt vastgesteld: adenosine, cytidine, uridine en guanosine. Om een ​​deoxynucleoside te identificeren, wordt het voorvoegsel deoxy- toegevoegd, namelijk: deoxyadenosine, deoxycytidine, deoxyuridine en deoxyguanosine.

Zoals we eerder vermeldden, is het fundamentele verschil tussen een nucleotide en een nucleoside dat de eerste een fosfaatgroep heeft die is gehecht aan de 3'-koolstof (3'-nucleotide) of aan de 5'-koolstof (5'-nucleotide). Dus, in termen van nomenclatuur, kunnen we vinden dat een synoniem van het eerste geval een nucleoside-5'-fosfaat is.

Biologische functies

Structurele blokken

Nucleoside-trifosfaat (dat wil zeggen, met drie fosfaten in hun structuur) zijn de grondstof voor de constructie van nucleïnezuren: DNA en RNA.

Energie opslag

Dankzij de hoogenergetische bindingen die de fosfaatgroepen bij elkaar houden, zijn het structuren die gemakkelijk energie opslaan die voldoende beschikbaar is voor de cel. Het bekendste voorbeeld is ATP (adenosinetrifosfaat), beter bekend als de "energiemunt van de cel".

Lokale hormonen

De nucleosiden zelf (zonder fosfaatgroepen in hun structuur) hebben geen significante biologische activiteit. Bij zoogdieren vinden we echter een opvallende uitzondering: het adenosinemolecuul.

In deze organismen neemt adenosine de rol van autocoid op zich, wat betekent dat het functioneert als een lokaal hormoon en ook als een neuromodulator.

De circulatie van adenosine in de bloedbaan moduleert verschillende functies zoals vasodilatatie, hartslag, contracties in de gladde spieren, het vrijkomen van neurotransmitters, de afbraak van lipiden, onder andere.

Adenosine staat bekend om zijn rol bij het reguleren van slaap. Wanneer de concentratie van dit nucleoside toeneemt, veroorzaakt dit vermoeidheid en slaap. Dat is de reden waarom de consumptie van cafeïne (een molecuul vergelijkbaar met adenosine) ons wakker houdt, omdat het de interacties van adenosine en zijn respectievelijke receptoren in de hersenen blokkeert.

Nucleosiden in de voeding

Nucleosiden kunnen in voedsel worden geconsumeerd en het is aangetoond dat ze verschillende fysiologische processen moduleren, wat onder andere ten goede komt aan bepaalde aspecten van het immuunsysteem, de ontwikkeling en groei van het maagdarmkanaal, het vetmetabolisme en de leverfuncties.

Ze zijn overvloedig aanwezig in moedermelk, thee, bier, vlees en vis, naast andere voedingsmiddelen.

Exogene nucleoside (en nucleotide) suppletie is belangrijk bij patiënten die niet in staat zijn deze verbindingen de novo te synthetiseren.

Wat betreft de opname: bijna 90% van de nucleotiden wordt in de vorm van nucleosiden opgenomen en opnieuw gefosforyleerd in de cellen van de darm.

Medische toepassingen: antikanker en antiviraal

Bepaalde nucleoside- of gemodificeerde nucleotide-analogen hebben antikanker- en antivirale activiteit getoond, waardoor de behandeling mogelijk is van aandoeningen van significant medisch belang zoals HIV / AIDS, herpesvirus, hepatitis B-virus en leukemie, onder andere.

Deze moleculen worden gebruikt om deze pathologieën te behandelen, omdat ze de DNA-synthese kunnen remmen. Deze worden actief naar de cel getransporteerd en voorkomen, aangezien ze chemische modificaties vertonen, toekomstige replicatie van het virusgenoom.

De analogen die als behandeling worden gebruikt, worden gesynthetiseerd door verschillende chemische reacties. Wijzigingen kunnen voorkomen in het ribose-gedeelte of in de stikstofhoudende basis.

Referenties

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Essentiële celbiologie. Garland Science.
2. Borea, PA, Gessi, S., Merighi, S., Vincenzi, F., & Varani, K. (2018). Farmacologie van adenosinereceptoren: de stand van de techniek. Fysiologische beoordelingen, 98 (3), 1591-1625.
3. Cooper, GM en Hausman, RE (2007). De cel: een moleculaire benadering. Washington, DC, Sunderland, MA.
4. Griffiths, AJ (2002). Moderne genetische analyse: genen en genomen integreren. Macmillan.
5. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT en Miller, JH (2005). Een inleiding tot genetische analyse. Macmillan.
6. Koolman, J., en Röhm, KH (2005). Biochemie: tekst en atlas. Panamerican Medical Ed.
7. Mikhailopulo, IA en Miroshnikov, AI (2010). Nieuwe trends in nucleosidebiotechnologie. Acta Naturae 2 (5).
8. Passarge, E. (2009). Genetica tekst en atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Siegel, GJ (1999). Basis neurochemie: moleculaire, cellulaire en medische aspecten. Lippincott-Raven.