Nukleosid: 11 důležitých faktů, které byste měli vědět

by

Obsah

Co je to nukleosid?

Dvě strukturní složky nukleosidu jsou dusíkatá báze (také známá jako nukleobáze) a pětikarbonový ribózový cukr (ribóza v RNA a deoxyribóza v případě DNA). Vzhledem k dusíkatým bázím a cukrovým zbytkům jsou nukleosidy často považovány za glykosaminy.

Struktura nukleosidů základní nukleosidový nukleotid | DNA nukleosid | nukleosid difosfát

Dusíkatá báze přítomná v nukleosidu by mohla být purin nebo pyrimidin. Tyto dusíkaté báze jsou vázány na ribózový cukr ve stálých polohách. Puriny jsou spojeny s ribózovým cukrem prostřednictvím glykosidické vazby prostřednictvím své práce N9, zatímco pyrimidiny jsou spojeny prostřednictvím své polohy N1.

Anomerní uhlík (atom uhlíku spojený s karbonylovou skupinou aldehydu a ketonu) ribózového cukru tvoří glykosidovou vazbu s dusíkatou bází.

Nukleosid
Obrázek: Nukleosid deoxyadenosin https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Desoxyadenosin.svg

Druhy nukleosidů

V našem těle je syntetizováno šest základních typů nukleosidů

  • Adenosin
  • Guanosin
  • Thymidin
  • Cytidin
  • Uridin
  • inozin

Nukleosid vs. nukleotid | nukleosid 5 monofosfát | nukleosidmonofosfát

Nejjednodušší způsob, jak rozlišovat mezi nukleotidem a nukleosidem, je následující:

Nukleosid = dusíkatá báze + ribózový cukr

Nukleotid = dusíkatá báze + ribózový cukr + fosfátová skupina

Důležité upozornění: Všechny vazby mezi složkami druhu (báze, cukr a fosfátová skupina) jsou čistě kovalentní. Ribosový cukr leží ve střední poloze (kovalentně navázaný na dusíkatou bázi na jedné straně a fosfátovou skupinu na druhé straně) uvnitř nukleotidu. 

Nukleové kyseliny (DNA; deoxyribonukleová kyselina, RNA; ribonukleová kyselina) nacházející se v každém organismu jsou chemicky nukleotidové polymery. 

Nukleosid je nukleotid bez fosfátové skupiny.

Nukleosid lze převést na nukleotid pouhým procesem fosforylace (přidání fosfátové skupiny). Nukleotid lze dále převést na nukleosid procesem defosforylace (odstranění fosfátové skupiny).

FunkceNukleosidyNukleotidy
RoleSchopný tvořit nukleotidy procesem fosforylaceJsou to monomerní jednotky nukleových kyselin (DNA nebo RNA) přítomné téměř ve všech buňkách organismu
Strukturální složeníSkládají se z ribózového cukru a dusíkatého základuSkládají se z ribózového cukru, dusíkaté báze a fosfátové skupiny
Fyziologický významMají obrovský antivirový a protirakovinový potenciálJakákoli změna v sekvenci nebo struktuře nukleotidů může vést k různým mutacím v organismu, které mohou vést k několika abnormalitám (nepřítomnost proteinu nebo enzymu, který mění fyziologii)
Tabulka: Rozdíl mezi nukleosidem a nukleotidem

Nukleosid trifosfát

Nukleosid trifosfáty jsou chemické látky, které obsahují dusíkatou bázi (purin nebo pyrimidin), molekulu cukru s pěti uhlíky (deoxyribózu nebo ribózu) a tři fosfátové skupiny. Nukleosid trifosfáty slouží jako monomerní jednotka pro syntézu nukleových kyselin (DNA nebo RNA).

Nukleosid trifosfáty se účastní buněčných signálních drah. Působí také jako zdroj energie pro provádění životně důležitých funkcí těla (ATP; adenosintrifosfát je nukleosid trifosfát označovaný jako energetická měna buňky).

Nukleosid trifosfáty se obecně tvoří uvnitř buněk našeho těla, protože mají velmi špatnou střevní absorpci. 

trifosfát
Obrázek: Puriny a pyrimidiny tvoří nukleosidové mono, di a trifosfáty https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/Figure_14_02_01.jpg

Nukleosidy lze převést na nukleotidy procesem fosforylace usnadněným působením specifických buněčných kináz. Při fosforylaci se fosfátová skupina přidává k primární alkoholové skupině ribózového cukru.

Deoxyribóza nukleosid trifosfát | nukleosid 5 trifosfát | replikace nukleosid trifosfátu dna

Nukleosidtrifosfáty obsahující deoxyribózu jsou známé jako deoxyribonukleosidtrifosfát (dNTP). Před začleněním do DNA se odštěpí dvě fosfátové skupiny z nukleosidtrifosfátu. Výsledný nukleosidmonofosfát (nukleotid) vstupuje do DNA fragment pod syntézou během replikace DNA.

V DNA nebo RNA se obecně nachází pět typů nukleotidů

  •            deoxyuridin trifosfát (dUTP) se nachází výhradně v RNA
  •            deoxythymidin trifosfát (dTTP) se nachází pouze v DNA
  •            deoxyguanosintrifosfát (dGTP) se nachází v DNA i RNA
  •            deoxycytidin trifosfát (dCTP) se nachází v DNA i RNA
  •            deoxyadenosintrifosfát (dATP) se nachází v DNA i RNA

Výše uvedené deoxyribosové nukleosidtrifosfáty se hojně vyskytují v genomu každého organismu, zatímco některé méně běžné dNTP jsou zavedeny do DNA pro různé účely. Méně časté dNTP zahrnují umělé nukleotidy a tautomerní formy přirozeně se vyskytujících dNTP.

Začlenění tautomerních forem dNTP do DNA vede k neshodě párů bází během procesu replikace DNA. 

Předpokládejme, že tautomerní forma cytosinu je začleněna do DNA místo cytosinu. V takovém případě tautomerní forma cytosinu tvoří tři vazby s adeninem. Výsledkem je nesoulad (cytosin tvoří komplementární pár bází s guaninem, pokud tvoří pár s adeninem, bude to považováno za nesoulad). Tento nesoulad mění sekvenci párů bází DNA u jednotlivce a nakonec vede k mutaci. 

Tymin je produkován deaminací 5-methylcytosinu v eukaryotech. To také vytváří nesoulad, který lze rozpoznat podle DNA polymeráza III a excidován svou 3′ až 5′ primární exonukleázovou aktivitou. Aktivita exonukleázy je také známá jako korekturní aktivita, která identifikuje nesoulad a nahradí ji správným dNTP.

Čtyři druhy dNTP (dGTP, dCTP, dTTP a dATP) se účastní výhradně procesu replikace a opravy DNA. pro přesnou syntézu DNA je vyžadována správná rovnováha a správné doplňkové párování bází. 

Výše uvedené dNTP jsou v eukaryotické buňce přítomny pouze v nepatrných množstvích, které jsou dostatečné pro Proces replikace DNA. Jsou přítomny v malých množstvích, protože enzym ribonukleotidreduktáza (RNR) se aktivuje pouze tehdy, když buňky vstoupí do S-fáze buněčného cyklu. RNR je zodpovědná za konverzi ribonukleotidů na deoxyribonukleotidy a ribonukleotid difosfáty na deoxyribonukleotid difosfáty. Mírné zvýšení nebo snížení množství těchto dNTP může vést k mutacím v DNA. 

Aktivita enzymu RNR je vysoce regulovaná. Aktivita RNR je alostericky regulována dATP. Aktivuje se v přítomnosti dGTP, dTTP a dATP a prochází inhibicí zpětné vazby dATP. Exprese RNR a aktivita je relativně nízká v buňkách přítomných ve fázi G1 a nedělících se buňkách. Aktivita RNR a úroveň exprese se zvyšuje během procesu opravy DNA a S-fáze buněčného cyklu.

Aktivita RNR je také regulována stabilitou proteinů podjednotky RNR, transkripcí několika genů spojených s buněčným cyklem a některými inhibičními proteiny specifickými pro RNR.

Kromě své funkce při syntéze DNA působí adenosin-5-trifosfát spolu s dalšími nukleosid-5-trifosfáty jako substrát v enzymem katalyzovaných reakcích centrálního metabolického procesu. 

Je ATP nukleosid?

Molekula ATP má tři strukturální složky: dusíkatou bázi (adenin), cukr ribózu a tři fosfátové skupiny; proto je to nukleotid. ATP nebo adenosin-5-trifosfát je primární molekula pro přenos a ukládání energie pro buněčné procesy (proto se nazývá energetická měna). Uvnitř pyrofosfátové vazby (vysokoenergetická vazba přítomná v ATP) se ukládá energie, která se používá pro buněčné metabolické reakce, aktivní transport a další energeticky náročné buněčné procesy.

Každý organismus konzumuje jídlo, aby získal energii procesem dýchání. Tato přijatá energie je uložena ve formě ATP. Zatímco rostliny přenášejí světelnou energii na chemickou energii, tato energie se ukládá a využívá také v ATP. 

Tyto tři fosfátové skupiny jsou spojeny dohromady pomocí fosfoanhydridových vazeb (vysokoenergetické vazby). Rozbití fosfoanhydridové vazby procesem hydrolýzy k uvolnění energie. Stejný průběh hydrolýzy ATP je uveden níže:

ATP -> ADP + Pi + energie

Dále má ADP (adenosindifosfát) také jednu fosfoanhydridovou vazbu; může tedy také podstoupit hydrolýzu a uvolnit více energie. Stejný průběh hydrolýzy ADP je uveden níže:

ADP -> AMP + Pi + energie

AMP (adenosinmonofosfát) vytvořený při reakci nemůže podstoupit hydrolýzu, protože postrádá fosfoanhydridovou vazbu. Tento AMP se znovu recykluje na ADP a ATP, když buňka získává energii dýcháním. Buněčné metabolické reakce nepřetržitě využívají a recyklují AMP, ADP a ATP. 

Guanin nukleosid | deoxyguanosin nukleosid | nukleosidový nukleotid a nukleová kyselina

Mezi čtyřmi nukleovými bázemi nalezenými v RNA nebo DNA je Guanine jednou z nich. Guanin tvoří komplementární pár bází s cytosinem jiného polynukleotidového řetězce třemi vodíkovými vazbami. Guaninový nukleosid je také známý jako guanosin. Guanin je purinový derivát obecného vzorce C.5H5N5O. Guanin obsahuje imidazolové a pyrimidinové kruhy kondenzované konjugovanými dvojnými vazbami. Bicyklická molekula guaninu je díky svému nenasycenému uspořádání hoblovací.

Deoxyguanosin je jedním ze čtyř základních deoxyribonukleosidů, které se nacházejí v DNA. deoxyguanosin je složen z dusíkaté báze guaninu (purinová nukleová báze) a pětikarbonového deoxyribózového cukru. Guaninová báze je spojena přes atom dusíku N9 s atomem uhlíku C1 deoxyribózového cukru. 

Deoxyguanosin má základní základní strukturu podobnou guanosinu, ale v poloze 2 'ribózového cukru chybí hydroxylová skupina (tedy známá jako deoxyribóza). Deoxyguanosin tvoří deoxyguanosin monofosfát, když se fosfátová skupina připojí k poloze 5 'deoxyribosového cukru přítomného v deoxyguanosinu.

Nukleosiddifosfátkináza

Je také známá jako nukleosid difosfokináza nebo polynukleotid kináza. Jedná se o homohexamerní protein (skládající se ze 6 identických podjednotek) složený ze 152 aminokyselin. Má 17.7 kilodaltonů (KDa) (jeden dalton se rovná jedné atomové hmotnostní jednotce). Tento enzym se nachází v mitochondriích a cytoplazmě. 

Nukleosiddifosfátkináza katalyzuje reverzibilní přenos fosfátové skupiny mezi různými nukleosiddifosfáty (NDP) a nukleosid trifosfáty (NTP). Nukleosid trifosfát daruje fosfátovou skupinu (donor), zatímco nukleosid difosfát přijímá fosfátovou skupinu (akceptor).

Reakce katalyzovaná nukleosiddifosfátkinázou sleduje pingpongový mechanismus.

YDP + ZTP -> YTP + ZDP

Zde Y a Z představují různé dusíkaté báze

Struktura NDPK
Obrázek: Krystalová struktura nukleosiddifosfátkinázy
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NDPK_structure_.jpg

Rovnováha mezi různými nukleosid trifosfáty je udržována nukleosid difosfát kinázou; ovlivňuje také genovou expresi, endocytózu, signální transdukci a další buněčné procesy. 

Koncentrační nukleosidový transportér

Koncentrační transportéry nukleosidů obsahují tři strukturní proteiny u lidí, kterými jsou SLC28A1, SLC28A2 a SLC28A3. SLC28A2 je ko-transportérem pro purinově specifický Na +-nukleosid mezi těmito třemi základními proteiny. Koncentrační nukleosidový transportér je umístěn na žlučové kanalikulární membráně. SLC28A1 však selektivně transportuje adenosinové a pyrimidinové nukleosidy. SLC28A1 je transportér nukleosidů závislý na sodíku. SLC28A1 se také podílí na transportu antivirových nukleosidových analogů, jako je zalcitanin, zidovudin atd.

Alfa mem bez nukleosidů

Minimální esenciální médium alfa (MEM-a) se značně používá pro transfektované DHFR-negativní buňky (dihydrofolátreduktáza) a buněčnou kulturu savců. MEM-a lze použít s adherujícími savčími buňkami, lidskými melanomovými buňkami, primárními astrocyty krys, keratinocyty a různými suspenzemi. MEM-α je obvykle modifikován pro různé účely pro jejich rozsáhlé aplikace v buněčných kulturách.

Obecné úpravy provedené v MEM-α jsou následující:

  •            MEM-α se často používá s L-glutaminem a fenolovou červení
  •            L-glutamin lze také použít bez deoxyribonukleosidů a ribonukleosidů

Minimální esenciální médium (MEM) se modifikuje přidáním kyseliny askorbové, biotinu, vitaminu B12, kyseliny lipoové, pyruvátu sodného a dalších neesenciálních aminokyselin za vzniku MEM-α. 

MEM-a bez nukleosidů je také k dispozici jako selektivní médium pro DHFR-negativní buňky a DG44 buňky [odvozené z buněk vaječníků čínského křečka (CHO)].

MEM-α je tvořen Earlovými solemi (soli vápníku a hořčíku, hydrogenuhličitanový pufr a fenolová červeň) a neobsahuje růstové faktory, lipidy a proteiny. MEM-a tedy vyžaduje 10% doplnění FBS (fetální hovězí sérum) pro správný růst buněk. MEM-α také potřebuje prostředí 5–10% CO2 pro udržení fyziologického pH kultivačního média a hydrogenuhličitanový pufrovací systém. 

Závěry

V tomto článku je diskutována základní struktura nukleosidu spolu s jeho významem jako růstového média.

Nejčastější dotazy

Q1 Co jsou nukleotidy a nukleosidy?

Odpověď: Nejzákladnějším rozdílem mezi nukleotidem a nukleosidem je přítomnost fosfátové skupiny. Nukleosid má dusíkatou bázi a ribózový cukr, zatímco nukleotid má dusíkatou bázi, ribózový cukr a fosfátovou skupinu.

 Q2 Jaká je primární funkce nukleové kyseliny?

Odpověď: primární funkcí nukleových kyselin je uchovávat celou genetickou informaci organismu. 

Nukleová kyselina je také zodpovědná za přenos genetické informace z rodičů na potomky.

Q3 Jaké jsou tři hlavní funkce nukleových kyselin?

Odpověď: Tři hlavní funkce nukleových kyselin jsou následující:

  • Uchovává genetickou informaci
  • Přenáší genetickou informaci z rodičů do jiných pramenů
  • Podílí se na syntéze RNA, která má přímou roli v syntéze bílkovin.

Q4 Použití nukleosid trifosfátů?

Odpověď: Nukleosid trifosfáty nebo nukleotidy (fosforylovaný nukleosid) slouží jako monomerní jednotky pro syntézu DNA nebo RNA procesem replikace a transkripce. Nukleosid trifosfáty také hrají roli v buněčné signalizaci a metabolických reakcích.

Q5 Seznam běžně syntetizovaných nukleosidů uvnitř našeho těla?

Odpověď: V našem těle je syntetizováno šest typů základních nukleosidů. Inosin, uridin, cytidin, thymidin, guanosin a adenosin jsou nejvíce syntetizované nukleosidy v našem těle.

Q6 Jak se transportují nukleosidy?

Odpověď: Nukleosidy jsou transportovány prostřednictvím koncentračních nukleosidových transportérů. Některé z nukleosidů dosáhnou svého cíle prostřednictvím společného transportu, jako při transportu přes SLC28A2. Zatímco SLC28A1 selektivně přepravuje pyrimidinové nukleosidy a adenin.

Q7 Funkce nukleosiddifosfátkinázy?

Odpověď: Nukleosiddifosfátkináza katalyzuje přenos fosfátových skupin mezi NTP (nukleosid trifosfát) a NDP (nukleosid difosfát). Je také známá jako polynukleotidkináza. Nukleosiddifosfátkináza katalyzuje reakci ping-pongovým mechanismem.

Q8 Co je MEM?

Odpověď: Pro pěstování buněk je široce přijímáno minimální základní médium (MEM). Obsahuje bazální médium známé jako Eagle medium se základními živinami. MEM se používá ke kultivaci buněk v jednovrstvých vrstvách.     

Q9 Proč se FBS používá s MEM

Odpověď: MEM se často používá s 10% FBS (fetální bovinní sérum) k doplnění správného buněčného růstu. Někdy také vyžaduje 5-10% CO2 atmosféru pro udržení správného fyziologického pH.

Q10 Složení MEM alfa

Odpověď: MEM alfa obecně obsahuje L-glutamin, fenolovou červeň, 10% FBS (fetální bovinní sérum) a 5-10% prostředí CO2. Nezahrnuje lipidy, bílkoviny a růstové faktory. MEM také obsahuje Earlovy soli (soli vápníku a hořčíku s hydrogenuhličitanovým pufrem).

Také čtení: