НУКЛЕОЗИД: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА И ПРИМЕНЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

В нуклеозиды представляют собой большую группу биологических молекул , состоящих из азотистого основания и пять в - углеродный сахар ковалентно связаны между собой . По конструкции они очень разнообразны.

Они являются предшественниками синтеза нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), фундаментального события для контроля метаболизма и роста всех живых существ. Они также участвуют в различных биологических процессах, регулируя, в частности, некоторые виды деятельности нервной, мышечной и сердечно-сосудистой систем.

Источник: Nucleotides_1.svg: Boris (PNG), SVG от Sjef, производная работа: Huhsunqu

Сегодня модифицированные нуклеозиды используются в качестве противовирусной и противоопухолевой терапии благодаря их свойству блокировать репликацию ДНК.

Важно не путать термин нуклеозид с нуклеотидом. Хотя оба элемента структурно схожи в том, что они состоят из мономеров нуклеиновых кислот, нуклеотиды имеют одну или несколько дополнительных фосфатных групп. То есть нуклеотид - это нуклеозид с фосфатной группой.

характеристики

Нуклеозиды - это молекулы, состоящие из строительных блоков нуклеиновых кислот. Они имеют низкую молекулярную массу, находящуюся в диапазоне от 227,22 до 383,31 г / моль.

Благодаря азотистому основанию эти структуры реагируют как основания со значениями pKa от 3,3 до 9,8.

Структура

Структура нуклеозида включает азотистое основание, связанное ковалентной связью с пятиуглеродным сахаром. Мы подробно рассмотрим эти компоненты ниже.

Азотная основа

Первый компонент - азотистое основание, также называемое азотистым основанием - представляет собой плоскую ароматическую молекулу, которая содержит в своей структуре азот и может быть пурином или пиримидином.

Первые состоят из двух конденсированных колец: одно из шести атомов, а другое из пяти. Пиримидины меньше по размеру и состоят из одного кольца.

Пентхаус

Второй структурный компонент - пентоза, которая может быть рибозой или дезоксирибозой. Рибоза - это «нормальный» сахар, в котором каждый атом углерода связан с атомом кислорода. В случае дезоксирибозы сахар модифицирован, так как у него отсутствует атом кислорода у 2 'углерода.

Ссылка на сайт

Во всех нуклеозидах (а также в нуклеотидах), которые мы находим в природе, связь между обеими молекулами имеет β-N-гликозидный тип, и она устойчива к щелочному расщеплению.

1'-углеродный атом сахара присоединен к азоту 1 пиримидина и азоту 9 пурина. Как мы видим, это те же компоненты, которые мы находим в мономерах, составляющих нуклеиновые кислоты: нуклеотиды.

Модифицированные нуклеозиды

До сих пор мы описали общую структуру нуклеозидов. Однако есть некоторые с определенными химическими модификациями, наиболее распространенными из которых является соединение метильной группы с азотистым основанием. Метилирование также может происходить в углеводной части.

Другие менее частые модификации включают изомеризацию, например, от уридина до псевдоуридина; потеря водорода; ацетилирование; формилирование; и гидроксилирование.

Классификация и номенклатура

В зависимости от структурных компонентов нуклеозида была создана классификация на рибонуклеозиды и дезоксинуклеозиды. В первой категории мы находим нуклеозиды, пурин или пиримидин которых связан с рибозой. Кроме того, образующие их азотистые основания - это аденин, гуанин, цитозин и урацил.

В дезоксинуклеозидах азотистое основание прикреплено к дезоксирибозе. Основания, которые мы находим, такие же, как и в рибонуклеотидах, за исключением того, что пиримидин урацил заменен тимином.

Таким образом, рибонуклеозиды называют в зависимости от азотистого основания, содержащегося в молекуле, устанавливая следующую номенклатуру: аденозин, цитидин, уридин и гуанозин. Для идентификации дезоксинуклеозида добавляется префикс дезокси-, а именно: дезоксиаденозин, дезоксицитидин, дезоксиуридин и дезоксигуанозин.

Как мы упоминали ранее, фундаментальное различие между нуклеотидом и нуклеозидом состоит в том, что первый имеет фосфатную группу, присоединенную к 3'-углеродному (3'-нуклеотид) или 5'-углеродному (5'-нуклеотид). Таким образом, с точки зрения номенклатуры, мы можем обнаружить, что синонимом первого случая является нуклеозид-5'-фосфат.

Биологические функции

Конструкционные блоки

Нуклеозидтрифосфат (то есть с тремя фосфатами в своей структуре) является сырьем для построения нуклеиновых кислот: ДНК и РНК.

Хранилище энергии

Благодаря высокоэнергетическим связям, удерживающим вместе фосфатные группы, они представляют собой структуры, которые легко хранят энергию, доступную для клетки. Самый известный пример - АТФ (аденозинтрифосфат), более известный как «энергетическая валюта клетки».

Местные гормоны

Сами нуклеозиды (без фосфатных групп в своей структуре) не обладают значительной биологической активностью. Однако у млекопитающих мы находим поразительное исключение: молекула аденозина.

У этих организмов аденозин играет роль аутокоида, что означает, что он действует как местный гормон, а также как нейромодулятор.

Циркуляция аденозина в кровотоке модулирует различные функции, такие как вазодилатация, частота сердечных сокращений, сокращения гладких мышц, высвобождение нейротрансмиттеров, деградация липидов и другие.

Аденозин известен своей ролью в регулировании сна. Когда концентрация этого нуклеозида увеличивается, он вызывает усталость и сон. Вот почему потребление кофеина (молекулы, подобной аденозину) не дает нам уснуть, поскольку он блокирует взаимодействие аденозина и его соответствующих рецепторов в головном мозге.

Нуклеозиды в диете

Нуклеозиды можно употреблять с пищей, и было показано, что они модулируют различные физиологические процессы, положительно влияя на определенные аспекты иммунной системы, развитие и рост желудочно-кишечного тракта, метаболизм липидов, функции печени и другие.

Они содержатся в большом количестве в грудном молоке, чае, пиве, мясе и рыбе, а также в других продуктах питания.

Добавки экзогенных нуклеозидов (и нуклеотидов) важны для пациентов, у которых отсутствует способность синтезировать эти соединения de novo.

Что касается абсорбции, почти 90% нуклеотидов абсорбируются в форме нуклеозидов и снова фосфорилируются в клетках кишечника.

Медицинские применения: противоопухолевые и противовирусные

Некоторые аналоги нуклеозидов или модифицированных нуклеотидов продемонстрировали противоопухолевую и противовирусную активность, что позволяет лечить состояния, имеющие важное медицинское значение, такие как ВИЧ / СПИД, вирус герпеса, вирус гепатита В и лейкемия, среди прочих.

Эти молекулы используются для лечения этих патологий, поскольку они обладают способностью подавлять синтез ДНК. Они активно транспортируются в клетку и, поскольку представляют химические модификации, предотвращают репликацию вирусного генома в будущем.

Аналоги, которые используются для лечения, синтезируются с помощью различных химических реакций. Модификации могут входить в состав рибозы или азотистого основания.

Ссылки

1. Альбертс, Б., Брей, Д., Хопкин, К., Джонсон, А.Д., Льюис, Дж., Рафф, М.,… и Уолтер, П. (2013). Существенная клеточная биология. Наука о гирляндах.
2. Бореа, Пенсильвания, Гесси, С., Мериги, С., Винченци, Ф., и Варани, К. (2018). Фармакология аденозиновых рецепторов: современное состояние. Физиологические обзоры, 98 (3), 1591-1625.
3. Купер, GM, и Хаусман, RE (2007). Клетка: молекулярный подход. Вашингтон, округ Колумбия, Сандерленд, Массачусетс.
4. Гриффитс, AJ (2002). Современный генетический анализ: интеграция генов и геномов. Macmillan.
5. Гриффитс, А.Дж., Весслер, С.Р., Левонтин, Р.К., Гелбарт, В.М., Сузуки, Д.Т., и Миллер, Д.Х. (2005). Введение в генетический анализ. Macmillan.
6. Кулман, Дж. И Рем, К. Х. (2005). Биохимия: текст и атлас. Panamerican Medical Ed.
7. Михайлопуло И.А., Мирошников А.И. (2010). Новые тенденции в биотехнологии нуклеозидов. Acta Naturae 2 (5).
8. Пассарж, Э. (2009). Текст и атлас генетики. Panamerican Medical Ed.
9. Сигель, GJ (1999). Основы нейрохимии: молекулярные, клеточные и медицинские аспекты. Липпинкотт-Рэйвен.