נוקלאוזיד: מאפיינים, מבנה ויישומים - ביולוגיה - 2025

נוקלאוזידים הם קבוצה גדולה של מולקולות ביולוגיות המורכב בסיס חנקני וכן חמישה - סוכר פחמן קשור קוולנטית. מבחינת מבנים הם מגוונים מאוד.

הם המקדימים לסינתזה של חומצות גרעין (DNA ו- RNA), אירוע בסיסי לבקרת חילוף החומרים והצמיחה של כל היצורים החיים. הם גם משתתפים בתהליכים ביולוגיים שונים, ומווסתים פעילויות מסוימות של מערכות העצבים, השרירים והקרדיווסקולריות, בין היתר.

מקור: Nucleotides_1.svg: Boris (PNG), SVG מאת יצירה Sjefderivative: Huhsunqu

כיום משמשים נוקלאוזידים ששונו כטיפול אנטי-ויראלי ואנטי סרטן בזכות תכונתם לחסום שכפול DNA.

חשוב לא לבלבל בין המונח נוקלאוזיד לבין נוקלאוטיד. למרות ששני היסודות דומים זה לזה מבחינה מבנית, מכיוון שהם מורכבים מה מונומרים של חומצות גרעין, יש לנוקלאוטידים אחת או יותר קבוצות פוספט נוספות. כלומר נוקלאוטיד הוא נוקלאוזיד עם קבוצת פוספטים.

מאפיינים

נוקלאוזידים הם מולקולות המורכבות מאבני הבניין של חומצות גרעין. הם בעלי משקל מולקולרי נמוך, ונמצאים בטווח שבין 227.22 עד 383.31 גרם למול.

בזכות הבסיס החנקני, מבנים אלה מגיבים כבסיסים עם ערכי pKa בין 3.3 ל- 9.8.

מִבְנֶה

מבנה הנוקלאוזיד מכיל בסיס חנקני המקושר על ידי קשר קוולנטי לסוכר חמש פחמן. בהמשך נחקור את הרכיבים הללו.

בסיס חנקן

המרכיב הראשון - הבסיס החנקני, המכונה גם נוקלאובאז - הוא מולקולה ארומטית שטוחה המכילה חנקן במבנהו, ויכולה להיות פורין או פירימידין.

הראשונים מורכבים משתי טבעות התמזגו: האחת משישה אטומים והשנייה מחמישה. הפירימידינים קטנים יותר ומורכבים מטבעת בודדת.

פֶּנטהָאוּז

המרכיב המבני השני הוא פנטוזה, שיכול להיות ריבוז או דוקסיריאבוזה. ריבוז הוא סוכר "רגיל" בו כל אטום פחמן נקשר אטום חמצן. במקרה של deoxyribose, הסוכר משתנה, מכיוון שהוא חסר אטום חמצן בפחמן 2 '.

קישור

בכל הנוקלאוזידים (וגם בנוקלאוטידים) שאנו מוצאים באופן טבעי, הקשר בין שתי המולקולות הוא מסוג β-N-glycosidic, והוא עמיד בפני מחשוף אלקליין.

הפחמן 1 'של הסוכר מחובר לחנקן 1 של פירימידין וחנקן 9 של פורין. כפי שאנו יכולים לראות, אלה אותם רכיבים שאנו מוצאים במונומרים המרכיבים חומצות גרעין: נוקלאוטידים.

נוקלאוזידים משתנים

עד כה תארנו את המבנה הכללי של נוקלאוזידים. עם זאת, יש כאלה עם שינויים כימיים מסוימים, כאשר הנפוצה ביותר היא איחוד של קבוצת מתיל עם הבסיס החנקני. מתילציות יכולות להופיע גם בחלק הפחמימות.

שינויים פחות תכופים אחרים כוללים איזומרזציה, למשל מאורידין לפסאודורידין; אובדן מימן; אצטילציה; פורמילציה; והידרוקסילציה.

סיווג ומינוף

בהתאם למרכיבים המבניים של הנוקלאוזיד, נקבע סיווג לריבונוקלאוזידים ודוקסינוקלאוזידים. בקטגוריה הראשונה אנו מוצאים נוקלאוזידים שהפורין או הפירימידין שלהם קשורים לריבוזה. בנוסף, הבסיסים החנקניים המהווים אותם הם אדנין, גואנין, ציטוזין ואורציל.

בדאוקסינוקלאוזידים, הבסיס החנקני מעוגן לדאוקסיריבוזה. הבסיסים שאנו מוצאים זהים לריבונוקליאוטידים, למעט שפורמידין אורסיל מוחלף על ידי תימין.

באופן זה נקראים ריבוי-נוקלאוזידים בהתאם לבסיס החנקני שהמולקולה מכילה, ובכך מייצרים את הנוטטוריה הבאה: אדנוזין, ציטידין, אורדין וגואנוזין. לזיהוי deoxynucleoside מתווסף הקידומת deoxy- דהיינו: deoxyadenosine, deoxycytidine, deoxyuridine ו- deoxyguanosine.

כפי שהזכרנו קודם, ההבדל המהותי בין נוקליאוטיד לבין נוקלאוזיד הוא שלראשון יש קבוצת פוספט המחוברת לפחמן 3 '(3'-נוקלאוטיד) או לפחמן 5' (5'-נוקלאוטיד). לפיכך, מבחינת המינוח, אנו יכולים לגלות שמילה נרדפת למקרה הראשון היא נוקלאוזיד-5'-פוספט.

תפקודים ביולוגיים

בלוקים מבניים

נוקלאוזיד טריפוספט (כלומר, עם שלושה פוספטים במבנה שלהם) הם חומר הגלם לבניית חומצות גרעין: DNA ו- RNA.

אחסון אנרגיה

בזכות קשרי האנרגיה הגבוהה המחזיקים את קבוצות הפוספט יחד, הם מבנים המאחסנים בקלות אנרגיה זמינה נאותה לתא. הדוגמה המפורסמת ביותר היא ATP (אדנוזין טריפוספט), הידוע יותר בשם "מטבע האנרגיה של התא".

הורמונים מקומיים

לגרעינים עצמם (ללא קבוצות פוספט במבנה שלהם) אין פעילות ביולוגית משמעותית. עם זאת, אצל יונקים אנו מוצאים חריג בולט: מולקולת האדנוזין.

באורגניזמים אלה אדנוזין לוקח על עצמו את תפקיד האוטוקואידי, כלומר הוא מתפקד כהורמון מקומי וגם כמתמרץ עצבי.

זרימת האדנוזין בזרם הדם מווסתת פונקציות שונות כמו vasodilation, דופק, התכווצויות בשרירים החלקים, שחרורם של מעבירים עצביים, השפלה של ליפידים, בין היתר.

אדנוזין מפורסם בתפקידו בוויסות השינה. כאשר ריכוז הנוקלאוזיד הזה עולה הוא גורם לעייפות ושינה. זו הסיבה שצריכת הקפאין (מולקולה הדומה לאדנוזין) גורמת לנו להיות ערים, מכיוון שהיא חוסמת את האינטראקציות של אדנוזין וקולטנים בהתאמה במוח.

נוקלאוזידים בתזונה

ניתן לצרוך נוקלאוזידים במזון, והוכח כי הם ממתנים תהליכים פיזיולוגיים שונים, המועילים עם היבטים מסוימים במערכת החיסון, התפתחות וצמיחה של מערכת העיכול, חילוף חומרים של שומנים, תפקודי כבד, בין היתר.

הם מרכיבים בשפע בחלב אם, תה, בירה, בשר ודגים, בין מזונות אחרים.

תוסף נוקלאוזיד אקסוגני (ונוקלאוטיד) חשוב בחולים חסרי יכולת לסנתז תרכובות אלו דה נובו.

לגבי הספיגה כמעט 90% מהנוקלאוטידים נקלטים בצורה של נוקלאוזידים ומוזרקים שוב בתאי המעי.

יישומים רפואיים: נגד סרטן ואנטי ויראלי

נוקלאוזידים מסוימים או אנלוגים נוקליאוטידים ששונו הראו פעילות נגד סרטן ואנטי-ויראלי, ומאפשרים טיפול במצבים בעלי חשיבות רפואית משמעותית כמו HIV / איידס, נגיף הרפס, נגיף הפטיטיס B ולוקמיה, בין היתר.

מולקולות אלה משמשות לטיפול בפתולוגיות אלה, מכיוון שיש להן יכולת לעכב את סינתזת ה- DNA. אלה מועברים באופן פעיל לתא וככל שהם מציגים שינויים כימיים מונעים שכפול עתידי של הגנום הנגיף.

האנלוגים המשמשים כטיפול מסונתזים על ידי תגובות כימיות שונות. שינויים יכולים להגיע בחלק הרייבוזיס או בבסיס החנקן.

הפניות

1. אלברטס, ב., בריי, ד., הופקין, ק., ג'ונסון, א.ד., לואיס, ג'., רף, מ., … & וולטר, פ. (2013). ביולוגיה חיונית של תאים. גרלנד מדע.
2. Borea, PA, Gessi, S., Merighi, S., Vincenzi, F., & Varani, K. (2018). פרמקולוגיה של קולטני אדנוזין: עדכני. ביקורות פיזיולוגיות, 98 (3), 1591-1625.
3. קופר, GM ו- Hausman, RE (2007). התא: גישה מולקולרית. וושינגטון די.סי., סנדרלנד, מ.א.
4. Griffiths, AJ (2002). ניתוח גנטי מודרני: שילוב גנים וגנום. מקמילן.
5. גריפית'ס, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). מבוא לניתוח גנטי. מקמילן.
6. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). ביוכימיה: טקסט ואטלס. פנמריקנית רפואית אד.
7. מיכאילופולו, רשות העתיקות ומירושניקוב, AI (2010). מגמות חדשות בביוטכנולוגיה של נוקלאוזידים. אקטה נטוראה 2 (5).
8. Passarge, E. (2009). טקסט וגנטיקה גנטית. פנמריקנית רפואית אד.
9. סיגל, GJ (1999). נוירוכימיה בסיסית: היבטים מולקולריים, תאיים ורפואיים. ליפינקוט-רייבן.