النيوكليوزيد: الخصائص والبنية والتطبيقات - مادة الاحياء - 2025

و النيوكليوسيدات هي مجموعة كبيرة من الجزيئات البيولوجية تتكون من قاعدة نيتروجينية وخمسة - السكر الكربون مرتبطة تساهميا. من حيث الهياكل فهي متنوعة للغاية.

هم السلائف لتخليق الأحماض النووية (DNA و RNA) ، وهو حدث أساسي للتحكم في التمثيل الغذائي ونمو جميع الكائنات الحية. يشاركون أيضًا في عمليات بيولوجية مختلفة ، من خلال تعديل بعض أنشطة الجهاز العصبي والعضلي والقلب والأوعية الدموية ، من بين أمور أخرى.

المصدر: Nucleotides_1.svg: Boris (PNG) ، SVG بواسطة Sjefderivative work: Huhsunqu

اليوم ، تُستخدم النيوكليوسيدات المعدلة كعلاج مضاد للفيروسات ومضاد للسرطان بفضل خاصية منع تكاثر الحمض النووي.

من المهم عدم الخلط بين مصطلح نيوكليوسيد ونيوكليوتيد. على الرغم من أن كلا العنصرين متشابهان من الناحية الهيكلية ، نظرًا لأنها تتكون من مونومرات الأحماض النووية ، فإن النيوكليوتيدات تحتوي على مجموعة فوسفات إضافية واحدة أو أكثر. أي أن النيوكليوتيدات عبارة عن نيوكليوسيد مع مجموعة فوسفات.

مميزات

النيوكليوسيدات عبارة عن جزيئات تتكون من اللبنات الأساسية للأحماض النووية. وهي ذات وزن جزيئي منخفض وتتراوح ما بين 227.22 إلى 383.31 جم / مول.

بفضل القاعدة النيتروجينية ، تتفاعل هذه الهياكل كقواعد مع قيم pKa بين 3.3 و 9.8.

بناء

يتكون هيكل النيوكليوسيد من قاعدة نيتروجينية مرتبطة برابطة تساهمية إلى سكر من خمسة كربون. سوف نستكشف هذه المكونات بدقة أدناه.

قاعدة النيتروجين

المكون الأول - القاعدة النيتروجينية ، وتسمى أيضًا القاعدة النووية - عبارة عن جزيء عطري مسطح يحتوي على النيتروجين في بنيته ، ويمكن أن يكون البيورين أو بيريميدين.

تتكون الأولى من حلقتين مدمجتين: واحدة من ست ذرات والأخرى من خمس. البيريميدينات أصغر حجمًا وتتكون من حلقة واحدة.

كنة

المكون الهيكلي الثاني هو البنتوز ، والذي يمكن أن يكون ريبوز أو ديوكسيريبوز. الريبوز هو سكر "طبيعي" حيث ترتبط كل ذرة كربون بذرة أكسجين. في حالة الديوكسيريبوز ، يتم تعديل السكر ، لأنه يفتقر إلى ذرة الأكسجين عند 2 'كربون.

حلقة الوصل

في جميع النيوكليوزيدات (وأيضًا في النيوكليوتيدات) التي نجدها بشكل طبيعي ، تكون الرابطة بين الجزيئين من النوع β-N-glycosidic ، وهي مقاومة للانقسام القلوي.

يرتبط 1 'كربون من السكر بالنيتروجين 1 من بيريميدين والنيتروجين 9 من البيورين. كما نرى ، هذه هي نفس المكونات التي نجدها في المونومرات التي تشكل الأحماض النووية: النيوكليوتيدات.

النيوكليوسيدات المعدلة

حتى الآن ، وصفنا التركيب العام للنيوكليوسيدات. ومع ذلك ، هناك بعض التعديلات الكيميائية المحددة ، والأكثر شيوعًا هو اتحاد مجموعة الميثيل مع القاعدة النيتروجينية. يمكن أن تحدث الميثيلات أيضًا في جزء الكربوهيدرات.

تشمل التعديلات الأخرى الأقل تكرارًا الأزمرة ، على سبيل المثال من يوريدين إلى سودوريدين ؛ فقدان الهيدروجين أستلة. تشكيل. والهيدروكسيل.

التصنيف والتسمية

اعتمادًا على المكونات الهيكلية للنيوكليوسيد ، تم إنشاء تصنيف إلى الريبونوكليوزيدات و deoxynucleosides. في الفئة الأولى نجد النيوكليوسيدات التي يرتبط البيورين أو البيريميدين بالريبوز. بالإضافة إلى ذلك ، فإن القواعد النيتروجينية التي تشكلها هي الأدينين والجوانين والسيتوزين واليوراسيل.

في deoxynucleosides ، ترتكز القاعدة النيتروجينية على deoxyribose. القواعد التي نجدها هي نفسها الموجودة في الريبونوكليوتيدات ، باستثناء أن اليوراسيل بيريميدين يتم استبداله بالثيمين.

بهذه الطريقة ، يتم تسمية الريبونوكليوسيدات اعتمادًا على القاعدة النيتروجينية التي يحتوي عليها الجزيء ، مما يؤدي إلى إنشاء التسمية التالية: الأدينوزين ، والسيتيدين ، واليوريدين ، والجوانوزين. لتحديد ديوكسينوكليوسيد ، تمت إضافة البادئة deoxy- وهي: deoxyadenosine و deoxycytidine و deoxyuridine و deoxyguanosine.

كما ذكرنا سابقًا ، فإن الاختلاف الأساسي بين النيوكليوتيدات والنيوكليوسيد هو أن الأول يحتوي على مجموعة فوسفات مرتبطة بـ 3 'كربون (3'- نيوكليوتيد) أو بـ 5' كربون (5'- نيوكليوتيد). وبالتالي ، من حيث التسمية ، يمكننا أن نجد أن مرادفًا للحالة الأولى هو nucleoside-5'-phosphate.

الوظائف البيولوجية

الكتل الهيكلية

نوكليوزيد ثلاثي الفوسفات (أي مع ثلاثة فوسفات في بنيتها) هي المادة الخام لبناء الأحماض النووية: DNA و RNA.

تخزين الطاقة

بفضل الروابط عالية الطاقة التي تربط مجموعات الفوسفات معًا ، فهي هياكل تخزن بسهولة الطاقة من التوافر الكافي للخلية. وأشهر مثال على ذلك هو ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات) ، والمعروف باسم "عملة الطاقة في الخلية".

الهرمونات المحلية

النيوكليوسيدات نفسها (بدون مجموعات الفوسفات في بنيتها) ليس لها نشاط بيولوجي كبير. ومع ذلك ، نجد استثناءًا صارخًا في الثدييات: جزيء الأدينوزين.

في هذه الكائنات الحية ، يلعب الأدينوزين دور autocoid ، مما يعني أنه يعمل كهرمون محلي وأيضًا كمعدِّل عصبي.

ينظم دوران الأدينوزين في مجرى الدم وظائف مختلفة مثل توسع الأوعية ، ومعدل ضربات القلب ، والتقلصات في العضلات الملساء ، وإطلاق النواقل العصبية ، وتدهور الدهون ، من بين أمور أخرى.

يشتهر الأدينوزين بدوره في تنظيم النوم. عندما يزداد تركيز هذا النوكليوزيد ، فإنه يسبب التعب والنوم. هذا هو السبب في أن استهلاك الكافيين (جزيء مشابه للأدينوزين) يبقينا مستيقظين ، لأنه يمنع تفاعلات الأدينوزين ومستقبلاته في الدماغ.

النيوكليوسيدات في النظام الغذائي

يمكن استهلاك النيوكليوسيدات في الطعام ، وقد ثبت أنها تعدل العمليات الفسيولوجية المختلفة ، وتستفيد من جوانب معينة من الجهاز المناعي ، وتطور ونمو الجهاز الهضمي ، واستقلاب الدهون ، ووظائف الكبد ، من بين أمور أخرى.

إنها مكونات وفيرة في حليب الثدي والشاي والبيرة واللحوم والأسماك ، من بين الأطعمة الأخرى.

مكملات النوكليوسيدات الخارجية (والنيوكليوتيدات) مهمة في المرضى الذين يفتقرون إلى القدرة على تصنيع هذه المركبات دي نوفو.

فيما يتعلق بالامتصاص ، يتم امتصاص ما يقرب من 90 ٪ من النيوكليوتيدات في شكل نيوكليوسيدات وتفسفر مرة أخرى في خلايا الأمعاء.

التطبيقات الطبية: مضاد للسرطان والفيروسات

أظهرت بعض نظائر النيوكليوزيد أو النوكليوتيدات المعدلة نشاطًا مضادًا للسرطان والفيروسات ، مما يسمح بعلاج الحالات ذات الأهمية الطبية الكبيرة مثل فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز وفيروس الهربس وفيروس التهاب الكبد B وسرطان الدم ، من بين أمور أخرى.

تُستخدم هذه الجزيئات لعلاج هذه الأمراض ، حيث أن لديها القدرة على تثبيط تخليق الحمض النووي. يتم نقلها بشكل نشط إلى الخلية ، وحيث إنها تقدم تعديلات كيميائية ، فإنها تمنع التكرار المستقبلي لجينوم الفيروس.

يتم تصنيع النظائر المستخدمة كعلاج بواسطة تفاعلات كيميائية مختلفة. يمكن أن تأتي التعديلات في جزء الريبوز أو في القاعدة النيتروجينية.

المراجع

1. ألبرتس ، بي ، براي ، دي ، هوبكين ، كيه ، جونسون ، إيه دي ، لويس ، جيه ، راف ، إم ،… و والتر ، بي (2013). بيولوجيا الخلية الأساسية. علوم جارلاند.
2. Borea ، PA ، Gessi ، S. ، Merighi ، S. ، Vincenzi ، F. ، & Varani ، K. (2018). علم الأدوية لمستقبلات الأدينوزين: أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا. المراجعات الفسيولوجية، 98 (3) ، 1591-1625.
3. Cooper ، GM ، & Hausman ، RE (2007). الخلية: نهج جزيئي. واشنطن العاصمة ، سندرلاند ، ماساتشوستس.
4. غريفيث ، AJ (2002). التحليل الجيني الحديث: دمج الجينات والجينوم. ماكميلان.
5. Griffiths، AJ، Wessler، SR، Lewontin، RC، Gelbart، WM، Suzuki، DT، & Miller، JH (2005). مقدمة في التحليل الجيني. ماكميلان.
6. كولمان ، ج. ، وروم ، كيه إتش (2005). الكيمياء الحيوية: نص وأطلس. عموم أمريكا الطبية Ed.
7. Mikhailopulo، IA، & Miroshnikov، AI (2010). الاتجاهات الجديدة في التكنولوجيا الحيوية للنيوكليوزيد. اكتا ناتوراي 2 (5).
8. باسارج ، إي (2009). نص علم الوراثة والأطلس. عموم أمريكا الطبية Ed.
9. سيجل ، جي جي (1999). الكيمياء العصبية الأساسية: الجوانب الجزيئية والخلوية والطبية. ليبينكوت رافين.