Nukleosid: 11 vigtige fakta, du bør vide

Indhold

Hvad er nukleosid?

De to strukturelle komponenter i nukleosidet er en nitrogenholdig base (også kendt som nukleobase) og et ribbon-sukker med fem carbonatomer (ribose i RNA og deoxyribose i tilfælde af DNA). På grund af nitrogenholdig base og sukkerdele betragtes nucleosider ofte som glycosaminer.

Nukleosidstruktur | basenukleosidnukleotid | DNA-nukleosid | nukleosiddiphosphat

Den nitrogenholdige base, der er til stede i nukleosidet, kunne være purin eller pyrimidin. Disse nitrogenholdige baser er bundet til ribosesukkeret i faste positioner. Purinerne er bundet til ribosesukker gennem en glykosidisk binding gennem deres N9-arbejde, mens pyrimidiner forbinder gennem deres N1-position.

Det anomere carbon (carbonatomet forbundet med carbonylgruppen af ​​aldehyd og keton) i ribosesukker danner en glykosidisk binding med den nitrogenholdige base.

Nukleosid
Figur: Nucleoside deoxyadenosine https://commons.wikimedia.org/wiki/Fil:Desoxyadenosin.svg

Typer af nukleosider

Seks basistyper af nukleosider syntetiseres i vores krop

  • Adenosin
  • guanosin
  • thymidin
  • cytidin
  • Uridin
  • Inosin

Nukleosid vs nukleotid | nukleosid 5 monophosphat | nukleosidmonophosphat

Den enkleste måde at skelne mellem et nukleotid og et nukleosid er som følger:

Nukleosid = kvælstofbase + ribosesukker

Nukleotid = kvælstofbase + ribosesukker + fosfatgruppe

Vigtigt: Alle bindingerne blandt de indgående arter (base, sukker og fosfatgruppe) er rent kovalente. Ribosesukkeret ligger i den midterste position (kovalent bundet til den nitrogenholdige base på den ene side og fosfatgruppen på den anden side) inde i et nukleotid. 

Nukleinsyrerne (DNA; deoxyribonukleinsyre, RNA; ribonukleinsyre), der findes i enhver organisme, er kemisk nukleotidpolymerer. 

Et nukleosid er det nukleotid, der mangler en phosphatgruppe.

Et nukleosid kan omdannes til et nukleotid bare ved en phosphoryleringsproces (tilsætning af phosphatgruppe). Endvidere kan nukleotid omdannes til nukleosid ved dephosphoryleringsprocessen (fjernelse af en phosphatgruppe).

Funktionalitetnukleosidernukleotider
rollerI stand til at danne nukleotider ved phosphoryleringsprocessenDe er de monomere enheder af nukleinsyrerne (DNA eller RNA), der findes i næsten alle celler i en organisme
Strukturel sammensætningDe er sammensat af et ribosesukker og en nitrogenholdig baseDe er sammensat af et ribosesukker, en nitrogenholdig base og en fosfatgruppe
Fysiologisk betydningDe har et enormt anti-viralt og anti-kræft potentialeEnhver ændring i nukleotidernes sekvens eller struktur kan føre til forskellige mutationer i en organisme, som kan resultere i adskillige abnormiteter (fravær af et protein eller et enzym, der ændrer fysiologien)
Tabel: Forskel mellem nukleosid og nukleotid

Nucleosid-triphosphat

Nukleosidtriphosphaterne er kemiske stoffer, der indeholder en nitrogenholdig base (purin eller pyrimidin), et sukkermolekyle med fem kulstof (deoxyribose eller ribose) og tre fosfatgrupper. Nukleosidtriphosphater tjener som den monomere enhed til at syntetisere nukleinsyrer (DNA eller RNA).

Nukleosidtriphosphaterne er involveret i de cellulære signalveje. De fungerer også som en energikilde til at udføre vitale kropsfunktioner (ATP; Adenosintrifosfat er et nukleosidtrifosfat kaldet cellens energivaluta).

Nukleosidtriphosphaterne dannes generelt inde i vores kropsceller, da de har meget dårlig tarmabsorption. 

trifosfat
Figur: Puriner og pyrimidiner danner nukleosid mono, di og trifosfater https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/Figure_14_02_01.jpg

Nukleosiderne kan omdannes til nukleotider ved hjælp af phosphoryleringsprocessen letter ved virkningen af ​​specifikke cellulære kinaser. I phosphorylering tilsættes phosphatgruppen til den primære alkoholgruppe i ribosesukkeret.

Deoxyribosenukleosidtriphosphat | nukleosid 5 triphosphat | nukleosidtriphosphat-dna-replikation

Nukleosidtrifosfaterne indeholdende deoxyribose er kendt som deoxyribonukleosidtrifosfatet (dNTP'er). Før inkorporering i DNA'et spaltes de to fosfatgrupper fra nukleosidtrifosfatet. Det resulterende nukleosidmonofosfat (nukleotid) trænger ind i DNA-fragment under syntese under DNA-replikation.

Der findes generelt fem typer nukleotider i DNA eller RNA

  •            deoxyuridintriphosphat (dUTP) findes udelukkende i RNA
  •            deoxythymidintriphosphat (dTTP) findes kun i DNA
  •            deoxyguanosintriphosphat (dGTP) findes i både DNA og RNA
  •            deoxycytidintriphosphat (dCTP) findes i både DNA og RNA
  •            deoxyadenosintriphosphat (dATP) findes i både DNA og RNA

De ovennævnte deoxyribosenukleosidtriphosphater findes rigeligt i enhver organisms genom, mens nogle mindre almindelige dNTP'er introduceres i DNA'et til forskellige formål. De mindre almindelige dNTP'er inkluderer de kunstige nukleotider og tautomere former for naturligt forekommende dNTP'er.

Inkorporering af de tautomere former af dNTP'er i DNA resulterer i uoverensstemmelse mellem baseparene under DNA-replikationsprocessen. 

Antag, at den tautomere form af cytosin bliver inkorporeret i DNA'et i stedet for cytosinet. I dette tilfælde danner den tautomere form af cytosin tre bindinger med adeninet. Det resulterer i en mismatch (cytosin danner komplementært basepar med guaninet, hvis det danner et par med adenin, vil det blive betragtet som et mismatch). Denne mismatch ændrer sekvensen af ​​DNA-basepar i individet og resulterer i sidste ende i en mutation. 

Thyminen produceres ved deaminering af 5-methylcytosin i eukaryoter. Det laver også et mismatch, der kan genkendes af DNA -polymerase III og udskåret ved dets 3' til 5' prime exonukleaseaktivitet. Exonukleaseaktiviteten er også kendt som korrekturlæsningsaktivitet, som identificerer uoverensstemmelsen og erstatter den med korrekt dNTP.

De fire slags dNTP'er (dGTP'er, dCTP'er, dTTP'er og dATP'er) er udelukkende involveret i replikations- og reparationsprocessen af ​​DNA'et. den korrekte balance, og den korrekte komplementære baseparring kræves for syntesen af ​​DNA nøjagtigt. 

De ovennævnte dNTP'er er kun til stede i små mængder i en eukaryot celle, tilstrækkeligt til DNA-replikationsproces. De er til stede i små mængder, fordi enzymet ribonukleotidreduktase (RNR) først bliver aktiveret, når cellerne går ind i S-fasen af ​​cellecyklussen. RNR er ansvarlig for at omdanne ribonukleotider til deoxyribonukleotider og ribonukleotid-diphosphater til deoxyribonukleotid-diphosphater. En lille stigning eller et fald i mængderne af disse dNTP'er kan resultere i mutationer i DNA'et. 

Aktiviteten af ​​RNR-enzym er stærkt reguleret. RNR-aktiviteten reguleres allosterisk af dATP. Det aktiveres i nærvær af dGTP'er, dTTP'er og dATP'er, og det gennemgår feedbackhæmning af dATP. Ekspressionen af ​​RNR og aktiviteten er relativt lav i celler til stede i G1-fasen og ikke-delende celler. Aktiviteten af ​​RNR og ekspressionsniveau stiger under DNA-reparationsprocessen og S-fasen af ​​cellecyklussen.

RNR-aktiviteten reguleres også af stabiliteten af ​​RNR-underenhedsproteiner, transkription af adskillige gener associeret med cellecyklussen og nogle inhiberende proteiner, der er specifikke for RNR.

Udover deres funktion i DNA-syntese fungerer adenosin-5-triphosphat sammen med andre nukleosid-5-triphosphater som substrat i de enzymkatalyserede reaktioner i den centrale metaboliske proces. 

Er ATP et nukleosid?

Et ATP-molekyle har tre strukturelle komponenter: en nitrogenholdig base (adenin), et ribosesukker og tre fosfatgrupper; derfor er det et nukleotid. ATP eller adenosin-5-triphosphat er det primære molekyle til at overføre og lagre energi til cellulære processer (derfor kaldet energivaluta). Inde i pyrophosphatbindingen (højenergibinding til stede i ATP), lagres energien, som bruges til de cellulære metaboliske reaktioner, aktiv transport og andre energiforbrugende cellulære processer.

Hver organisme spiser mad for at opnå energi gennem respirationsprocessen. Denne modtagne energi lagres i form af ATP. Mens planter omdanner lysenergi til kemisk energi, lagres og udnyttes denne energi også i ATP. 

De tre fosfatgrupper er forbundet sammen gennem phosphoanhydridbindinger (højenergibindinger). Breaking af phosphoanhydridbindingen gennem hydrolyseprocessen for at frigive energi. Det samme reaktionskurs for ATP-hydrolyse er nævnt nedenfor:

ATP -> ADP + Pi + Energi

Desuden har ADP (adenosindiphosphat) også en phosphoanhydridbinding; således kan den også gennemgå hydrolyse for at frigive mere energi. Det samme reaktionsforløb for ADP-hydrolyse er nævnt nedenfor:

ADP -> AMP + Pi + Energi

AMP (adenosinmonophosphat) dannet i reaktionen kan ikke gennemgå hydrolyse, da den mangler en phosphoanhydridbinding. Denne AMP genbruges igen til ADP og ATP, når cellen vinder energi gennem åndedræt. De cellulære metaboliske reaktioner anvender og recirkulerer AMP, ADP og ATP kontinuerligt. 

Guaninukleosid | deoxyguanosin-nukleosid | nukleosidnukleotid og nukleinsyre

Blandt de fire nukleobaser, der findes i RNA eller DNA, er Guanine en af ​​dem. Guanin danner komplementært basepar med cytosinet fra anden polynukleotidstreng ved tre hydrogenbindinger. Guaninnukleosidet er også kendt som guanosin. Guaninen er et purinderivat med en generel formel C5H5N5O. Guaninen indeholder imidazol- og pyrimidinringe fusioneret via konjugerede dobbeltbindinger. Det bicykliske molekyle guanin er en høvl på grund af dets umættede arrangement.

Deoxyguanosin er en af ​​de fire sammensatte Deoxyribonukleosider, der findes i DNA'et. deoxyguanosinen er sammensat af nitrogenholdig base guanin (purin-nukleobase) og fem-kulstof-deoxyribosesukker. Guaninbasen er bundet gennem N9-nitrogenatomet til C1-carbonatomet i deoxyribosesukker. 

Deoxyguanosin har en grundlæggende rammestruktur, der ligner guanosin, men ved 2'-positionen af ​​ribosesukkeret mangler hydroxylgruppen (såkaldt deoxyribose). Deoxyguanosinen danner deoxyguanosinmonophosphat, når en phosphatgruppe bliver bundet til 5'-positionen af ​​deoxyribosesukker til stede i deoxyguanosin.

Nukleosiddiphosphatkinase

Det er også kendt som nukleosid-diphosphokinase eller polynukleotidkinase. Det er et homo-hexamert protein (bestående af 6 identiske underenheder) sammensat af 152 aminosyrer. Den har 17.7 kilodalton (KDa) (en dalton er lig med en atommasseenhed). Dette enzym findes i mitokondrier og cytoplasma. 

Nukleosiddiphosphatkinase katalyserer den reversible overførsel af phosphatgruppe mellem forskellige nukleosiddiphosphater (NDP) og nukleosidtriphosphater (NTP). Nukleosidtriphosphatet donerer phosphatgruppen (donor), mens nukleosiddiphosphat accepterer phosphatgruppen (acceptor).

Nukleosiddiphosphatkinasekatalyseret reaktion følger en ping pong-mekanisme.

YDP + ZTP -> YTP + ZDP

Her repræsenterer Y og Z forskellige nitrogenholdige baser

NDPK struktur
Figur: Krystalstruktur af nukleosiddiphosphatkinase
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NDPK_structure_.jpg

Ligevægten mellem forskellige nukleosidtriphosphater opretholdes af nukleosiddiphosphatkinase; det påvirker også genekspression, endocytose, signaltransduktion og andre cellulære processer. 

Koncentrativ nukleosidtransportør

De koncentrative nukleosidtransportører omfatter tre strukturelle proteiner hos mennesker, nemlig SLC28A1, SLC28A2 og SLC28A3. SLC28A2 er co-transportør for det purinspecifikke Na + -nukleosid blandt disse tre bestanddele. Den koncentrative nukleosidtransportør er placeret på galdekanalikulær membran. Imidlertid transporterer SLC28A1 selektivt adenosin- og pyrimidinnukleosider. SLC28A1 er en natriumafhængig nukleosidtransportør. SLC28A1 er også involveret i transport af antivirale nukleosidanaloger som zalcitanin, zidovudin osv.

Alpha mem uden nukleosider

Det mindste essentielle medium alfa (MEM- α) anvendes i vid udstrækning til de transficerede DHFR-negative celler (dihydrofolatreduktase) og pattedyrs cellekultur. MEM-a kan anvendes med sammenhængende pattedyrsceller, humane melanomceller, primære rotte-astrocytter, keratinocytter og forskellige suspensioner. MEM- α modificeres normalt til forskellige formål til deres omfattende cellekulturapplikationer.

De generelle ændringer, der udføres i MEM- α, er som følger:

  •            MEM- α bruges ofte sammen med L-glutamin og phenolrødt
  •            L-glutamin kan også anvendes uden deoxyribonukleosider og ribonukleosider

Det mindste essentielle medium (MEM) modificeres ved tilsætning af ascorbinsyre, biotin, vitamin-B12, liponsyre, natriumpyruvat og andre ikke-essentielle aminosyrer for at producere MEM- α. 

MEM- α uden nukleosider er også tilgængeligt som et selektivt medium for DHFR-negative celler og DG44-celler [afledt af CHO-celler fra kinesisk hamster].

MEM- α består af Earles salte (salte af calcium og magnesium, bicarbonatbuffer og phenolrødt) og indeholder ikke vækstfaktorer, lipider og proteiner. Således kræver MEM- a 10% FBS (føtalt bovint serum) tilskud for korrekt cellevækst. MEM- α har også brug for et 5-10% CO2-miljø for at opretholde dyrkningsmediets fysiologiske pH og et bicarbonatbuffersystem. 

konklusioner

I denne artikel er den grundlæggende struktur af nukleosid blevet diskuteret sammen med dens betydning som vækstmedium.

Ofte Stillede Spørgsmål

Q1 Hvad er nukleotid og nukleosid?

Svar: Den mest basale forskel mellem et nukleotid og et nukleosid er tilstedeværelsen af ​​en phosphatgruppe. Nukleosid har en nitrogenholdig base og et ribosesukker, mens et nukleotid har en nitrogenholdig base, et ribosesukker og en phosphatgruppe.

 Q2 Hvad er den primære funktion af nukleinsyre?

Svar: den primære funktion af nukleinsyrer er at lagre hele en organisms genetiske information. 

Nukleinsyre er også ansvarlig for at overføre genetisk information fra forældre til afkom.

Q3 Hvad er de tre vigtigste funktioner i nukleinsyrer?

Svar: De tre hovedfunktioner af nukleinsyrer er som følger:

  • Det gemmer genetisk information
  • Den overfører genetisk information fra forældre til fjedre
  • Det er involveret i syntesen af ​​RNA, som har en direkte rolle i proteinsyntese.

Q4 Anvendelse af nukleosidtrifosfater?

Svar: Nukleosidtriphosphaterne eller nukleotiderne (phosphoryleret nukleosid) tjener som de monomere enheder til syntese af DNA eller RNA ved henholdsvis replikations- og transkriptionsprocessen. Nukleosidtriphosphater har også en rolle i cellesignalering og metaboliske reaktioner.

Q5 Liste over de ofte syntetiserede nukleosider inde i vores krop?

Svar: Der er seks typer af grundlæggende nukleosider, der syntetiseres i vores krop. Inosine, Uridine, Cytidine, Thymidine, Guanosine og adenosin er de mest syntetiserede nukleosider i vores krop.

Q6 Hvordan transporteres nukleosider?

Svar: Nukleosiderne transporteres gennem koncentrerede nukleosidtransportører. Nogle af nukleosiderne når deres mål via co-transport, som ved transport gennem SLC28A2. Mens SLC28A1 selektivt transporterer pyrimidinnukleosider og adenin.

Q7 Funktionen af ​​nukleosiddiphosphatkinase?

Svar: Nukleosiddiphosphatkinase katalyserer overføringen af ​​phosphatgruppen mellem NTP (nukleosidtriphosphat) og NDP (nukleosiddiphosphat). Det er også kendt som polynukleotidkinase. Nukleosiddiphosphatkinase katalyserer en reaktion ved hjælp af en ping-pong-mekanisme.

Q8 Hvad er MEM?

Svar: Det minimale essentielle medium (MEM) er bredt accepteret for celler i vækst. Den indeholder et basal medium kendt som Eagle medium med essentielle næringsstoffer. MEM bruges til at dyrke celler i monolag.     

Q9 Hvorfor bruges FBS med MEM

Svar: MEM bruges ofte sammen med 10% FBS (føtalt bovint serum) for at supplere korrekt cellevækst. Nogle gange kræver det også en 5-10% CO2-atmosfære for at opretholde den rette fysiologiske pH.

Q10 Sammensætning af MEM alpha

Svar: MEM-alfa indeholder generelt L-glutamin, phenolrødt, 10% FBS (føtalt bovint serum) og 5-10% CO2-miljø. Det inkluderer ikke lipider, proteiner og vækstfaktorer. MEM indeholder også Earles salte (salte af calcium og magnesium med bicarbonatbuffer).

Læs også: