นิวคลีโอไซด์: ลักษณะโครงสร้างและการใช้งาน - ชีววิทยา - 2026

nucleosidesเป็นกลุ่มใหญ่ของทางชีววิทยาโมเลกุลที่ประกอบด้วยฐานไนโตรเจนและห้า - น้ำตาลคาร์บอนเชื่อมโยง covalently ในแง่ของโครงสร้างมีความหลากหลายมาก

พวกมันเป็นสารตั้งต้นสำหรับการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก (DNA และ RNA) ซึ่งเป็นเหตุการณ์พื้นฐานสำหรับการควบคุมเมแทบอลิซึมและการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด พวกเขายังมีส่วนร่วมในกระบวนการทางชีวภาพต่างๆปรับเปลี่ยนกิจกรรมบางอย่างของระบบประสาทกล้ามเนื้อและหัวใจและหลอดเลือดและอื่น ๆ

ที่มา: Nucleotides_1.svg: Boris (PNG), SVG โดยงาน Sjefderivative: Huhsunqu

ปัจจุบันนิวคลีโอไซด์ดัดแปลงถูกใช้เป็นยาต้านไวรัสและต้านมะเร็งเนื่องจากคุณสมบัติในการปิดกั้นการจำลองแบบดีเอ็นเอ

สิ่งสำคัญคืออย่าสับสนระหว่างคำว่านิวคลีโอไซด์กับนิวคลีโอไทด์ แม้ว่าองค์ประกอบทั้งสองจะมีโครงสร้างเหมือนกันเนื่องจากประกอบด้วยโมโนเมอร์ของกรดนิวคลีอิกนิวคลีโอไทด์มีหมู่ฟอสเฟตเพิ่มเติมอย่างน้อยหนึ่งกลุ่ม นั่นคือนิวคลีโอไทด์คือนิวคลีโอไซด์ที่มีหมู่ฟอสเฟต

ลักษณะเฉพาะ

นิวคลีโอไซด์เป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยส่วนประกอบของกรดนิวคลีอิก มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำอยู่ในช่วงระหว่าง 227.22 ถึง 383.31 กรัม / โมล

เนื่องจากฐานไนโตรเจนโครงสร้างเหล่านี้จะทำปฏิกิริยาเป็นฐานโดยมีค่า pKa อยู่ระหว่าง 3.3 ถึง 9.8

โครงสร้าง

โครงสร้างของนิวคลีโอไซด์ประกอบด้วยฐานไนโตรเจนที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์กับน้ำตาลคาร์บอนห้า เราจะสำรวจส่วนประกอบเหล่านี้อย่างละเอียดด้านล่าง

ฐานไนโตรเจน

ส่วนประกอบแรก - ฐานไนโตรเจนหรือที่เรียกว่านิวคลีโอเบสเป็นโมเลกุลอะโรมาติกแบนที่มีไนโตรเจนอยู่ในโครงสร้างและอาจเป็นพิวรีนหรือไพริมิดีน

ในอดีตประกอบด้วยวงแหวนหลอมรวมสองวง: หนึ่งในหกอะตอมและอีกห้าวง ไพริมิดีนมีขนาดเล็กกว่าและประกอบด้วยวงแหวนเดียว

เพิง

ส่วนประกอบโครงสร้างที่สองคือเพนโทสซึ่งอาจเป็นไรโบสหรือดีออกซีไรโบส ไรโบสเป็นน้ำตาล "ปกติ" ที่อะตอมของคาร์บอนแต่ละตัวถูกยึดติดกับอะตอมออกซิเจน ในกรณีของ deoxyribose น้ำตาลจะถูกปรับเปลี่ยนเนื่องจากไม่มีอะตอมออกซิเจนที่คาร์บอน 2 '

ลิงค์

ในนิวคลีโอไซด์ทั้งหมด (และในนิวคลีโอไทด์) ที่เราพบตามธรรมชาติพันธะระหว่างโมเลกุลทั้งสองเป็นชนิดβ-N-glycosidic และทนต่อความแตกแยกของด่าง

คาร์บอน 1 'ของน้ำตาลติดอยู่กับไนโตรเจน 1 ของไพริมิดีนและไนโตรเจน 9 ของพิวรีน อย่างที่เราเห็นสิ่งเหล่านี้เป็นส่วนประกอบเดียวกับที่เราพบในโมโนเมอร์ที่ประกอบเป็นกรดนิวคลีอิก: นิวคลีโอไทด์

นิวคลีโอไซด์ดัดแปลง

จนถึงตอนนี้เราได้อธิบายโครงสร้างทั่วไปของนิวคลีโอไซด์ อย่างไรก็ตามมีบางส่วนที่มีการดัดแปลงทางเคมีบางอย่างที่พบมากที่สุดคือการรวมตัวกันของหมู่เมธิลกับฐานไนโตรเจน Methylations ยังสามารถเกิดขึ้นในส่วนของคาร์โบไฮเดรต

การปรับเปลี่ยนที่ไม่บ่อยอื่น ๆ ได้แก่ isomerization เช่นจาก uridine เป็น pseudouridine การสูญเสียไฮโดรเจน อะซิทิเลชัน; การก่อตัว; และไฮดรอกซิเลชัน

การจำแนกประเภทและระบบการตั้งชื่อ

ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบโครงสร้างของนิวคลีโอไซด์การจำแนกประเภทเป็นไรโบนิวคลีโอไซด์และดีออกซีนิวคลีโอไซด์ได้ถูกกำหนดขึ้น ในประเภทแรกเราพบนิวคลีโอไซด์ที่มีพิวรีนหรือไพริมิดีนเชื่อมโยงกับไรโบส นอกจากนี้ฐานไนโตรเจนที่ก่อตัวขึ้น ได้แก่ อะดีนีนกัวนีนไซโตซีนและอูราซิล

ใน deoxynucleosides ฐานไนโตรเจนจะยึดกับ deoxyribose ฐานที่เราพบนั้นเหมือนกับในไรโบนิวคลีโอไทด์ยกเว้นว่า pyrimidine uracil จะถูกแทนที่ด้วยไทมีน

ด้วยวิธีนี้ไรโบนิวคลีโอไซด์จึงได้รับการตั้งชื่อตามฐานไนโตรเจนที่มีอยู่ในโมเลกุลโดยสร้างระบบการตั้งชื่อต่อไปนี้: อะดีโนซีน, ไซติดีน, ยูริดีนและกัวโนซีน ในการระบุ deoxynucleoside จะมีการเพิ่ม deoxy- นำหน้า ได้แก่ deoxyadenosine, deoxycytidine, deoxyuridine และ deoxyguanosine

ดังที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างนิวคลีโอไทด์และนิวคลีโอไซด์คือในอดีตมีหมู่ฟอสเฟตที่ยึดติดกับคาร์บอน 3 '(3'- นิวคลีโอไทด์) หรือกับคาร์บอน 5' (5'- นิวคลีโอไทด์) ดังนั้นในแง่ของระบบการตั้งชื่อเราจะพบว่าคำพ้องความหมายของกรณีแรกคือนิวคลีโอไซด์ -5'- ฟอสเฟต

หน้าที่ทางชีวภาพ

บล็อกโครงสร้าง

นิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟต (นั่นคือมีฟอสเฟตสามตัวในโครงสร้าง) เป็นวัตถุดิบในการสร้างกรดนิวคลีอิก: DNA และ RNA

การจัดเก็บพลังงาน

เนื่องจากพันธะพลังงานสูงที่ยึดหมู่ฟอสเฟตไว้ด้วยกันจึงเป็นโครงสร้างที่เก็บพลังงานที่มีอยู่เพียงพอสำหรับเซลล์ได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดคือ ATP (adenosine triphosphate) หรือที่รู้จักกันดีในชื่อ "สกุลเงินพลังงานของเซลล์"

ฮอร์โมนในท้องถิ่น

นิวคลีโอไซด์เอง (ไม่มีหมู่ฟอสเฟตในโครงสร้าง) ไม่มีกิจกรรมทางชีวภาพที่สำคัญ อย่างไรก็ตามในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเราพบข้อยกเว้นที่โดดเด่นนั่นคือโมเลกุลของอะดีโนซีน

ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้อะดีโนซีนมีบทบาทเป็นออโตคอยด์ซึ่งหมายความว่ามันทำหน้าที่เป็นฮอร์โมนในท้องถิ่นและยังเป็นเซลล์ประสาท

การไหลเวียนของอะดีโนซีนในกระแสเลือดจะปรับการทำงานที่แตกต่างกันเช่นการขยายตัวของหลอดเลือดอัตราการเต้นของหัวใจการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบการปล่อยสารสื่อประสาทการย่อยสลายของไขมันเป็นต้น

อะดีโนซีนมีชื่อเสียงในด้านบทบาทในการควบคุมการนอนหลับ เมื่อความเข้มข้นของนิวคลีโอไซด์นี้เพิ่มขึ้นจะทำให้อ่อนเพลียและนอนหลับ นั่นคือเหตุผลที่การบริโภคคาเฟอีน (โมเลกุลที่คล้ายกับอะดีโนซีน) ทำให้เราตื่นตัวเนื่องจากมันขัดขวางการทำงานร่วมกันของอะดีโนซีนและตัวรับที่เกี่ยวข้องในสมอง

นิวคลีโอไซด์ในอาหาร

นิวคลีโอไซด์สามารถบริโภคได้ในอาหารและแสดงให้เห็นว่าพวกมันปรับกระบวนการทางสรีรวิทยาต่างๆซึ่งเป็นประโยชน์ต่อระบบภูมิคุ้มกันการพัฒนาและการเจริญเติบโตของระบบทางเดินอาหารการเผาผลาญไขมันการทำงานของตับและอื่น ๆ

เป็นส่วนประกอบมากมายในนมแม่ชาเบียร์เนื้อสัตว์และปลารวมถึงอาหารอื่น ๆ

การเสริมนิวคลีโอไซด์จากภายนอก (และนิวคลีโอไทด์) มีความสำคัญในผู้ป่วยที่ขาดความสามารถในการสังเคราะห์สารประกอบเหล่านี้เดโนโว

เกี่ยวกับการดูดซึมนิวคลีโอไทด์เกือบ 90% จะถูกดูดซึมในรูปของนิวคลีโอไซด์และฟอสโฟรีเลชันอีกครั้งในเซลล์ของลำไส้

การใช้งานทางการแพทย์: ต้านมะเร็งและไวรัส

นิวคลีโอไซด์หรือนิวคลีโอไทด์แอนะล็อกบางตัวแสดงฤทธิ์ต้านมะเร็งและต้านไวรัสทำให้สามารถรักษาเงื่อนไขที่มีความสำคัญทางการแพทย์เช่นเอชไอวี / เอดส์ไวรัสเริมไวรัสตับอักเสบบีและมะเร็งเม็ดเลือดขาวเป็นต้น

โมเลกุลเหล่านี้ใช้ในการรักษาโรคเหล่านี้เนื่องจากมีความสามารถในการยับยั้งการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ สิ่งเหล่านี้ถูกขนส่งเข้าสู่เซลล์อย่างแข็งขันและในขณะที่พวกมันนำเสนอการดัดแปลงทางเคมีป้องกันการจำลองจีโนมของไวรัสในอนาคต

แอนะล็อกที่ใช้ในการบำบัดถูกสังเคราะห์โดยปฏิกิริยาเคมีที่แตกต่างกัน การดัดแปลงสามารถมาในส่วนของไรโบสหรือในฐานไนโตรเจน

อ้างอิง

1. Alberts, B. , Bray, D. , Hopkin, K. , Johnson, AD, Lewis, J. , Raff, M. , … & Walter, P. (2013) ชีววิทยาของเซลล์ที่จำเป็น การ์แลนด์วิทยาศาสตร์.
2. Borea, PA, Gessi, S. , Merighi, S. , Vincenzi, F. , & Varani, K. (2018). เภสัชวิทยาของตัวรับอะดีโนซีน: ความล้ำสมัย บทวิจารณ์ทางสรีรวิทยา, 98 (3), 1591-1625
3. Cooper, GM และ Hausman, RE (2007) เซลล์: วิธีการทางโมเลกุล วอชิงตันดีซีซันเดอร์แลนด์แมสซาชูเซตส์
4. Griffiths, AJ (2002). การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมสมัยใหม่: การรวมยีนและจีโนม Macmillan
5. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005) ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการวิเคราะห์ทางพันธุกรรม Macmillan
6. Koolman, J. , & Röhm, KH (2005). ชีวเคมี: ข้อความและแผนที่ Panamerican Medical Ed.
7. Mikhailopulo, IA และ Miroshnikov, AI (2010) แนวโน้มใหม่ของเทคโนโลยีชีวภาพนิวคลีโอไซด์ แอคตานาทูร่า 2 (5).
8. Passarge, E. (2009). ข้อความพันธุศาสตร์และแผนที่ Panamerican Medical Ed.
9. ซีเกล, GJ (1999). ประสาทเคมีพื้นฐาน: ด้านโมเลกุลเซลล์และการแพทย์ Lippincott-Raven