Nucleoside: 11 fatti importanti che dovresti sapere

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Cos'è il nucleoside?

I due componenti strutturali del nucleoside sono una base azotata (nota anche come nucleobase) e uno zucchero ribosio a cinque atomi di carbonio (ribosio nell'RNA e desossiribosio nel caso del DNA). A causa della base azotata e delle frazioni zuccherine, i nucleosidi sono spesso considerati glicosammine.

Struttura nucleosidica | nucleoside base nucleotide | Nucleoside del DNA | difosfato nucleosidico

La base azotata presente nel nucleoside potrebbe essere purina o pirimidina. Queste basi azotate sono legate allo zucchero ribosio in posizioni fisse. Le purine sono legate allo zucchero ribosio attraverso un legame glicosidico attraverso il loro lavoro N9, mentre le pirimidine si legano attraverso la loro posizione N1.

Il carbonio anomerico (l'atomo di carbonio associato al gruppo carbonile di aldeide e chetone) dello zucchero ribosio forma un legame glicosidico con la base azotata.

nucleosidici
Figura: Nucleoside desossiadenosina https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Desoxyadenosin.svg

Tipi di nucleosidi

Sei tipi fondamentali di nucleosidi sono sintetizzati nel nostro corpo

  • adenosina
  • guanosina
  • timidina
  • cytidine
  • uridina
  • Inosine

Nucleoside vs nucleotide | nucleoside 5 monofosfato | nucleoside monofosfato

Il modo più semplice per distinguere tra un nucleotide e un nucleoside è il seguente:

Nucleoside = Base azotata + Zucchero ribosio

Nucleotide = Base azotata + Zucchero ribosio + Gruppo fosfato

Nota importante: Tutti i legami tra le specie costituenti (gruppo base, zucchero e fosfato) sono puramente covalenti. Lo zucchero ribosio si trova in posizione centrale (legato covalentemente alla base azotata da un lato e al gruppo fosfato dall'altro) all'interno di un nucleotide. 

Gli acidi nucleici (DNA; acido desossiribonucleico, RNA; acido ribonucleico) presenti in ogni organismo sono polimeri chimicamente nucleotidici. 

Un nucleoside è il nucleotide privo di un gruppo fosfato.

Un nucleoside può essere convertito in un nucleotide semplicemente mediante un processo di fosforilazione (aggiunta del gruppo fosfato). Inoltre, il nucleotide può essere convertito in nucleoside mediante il processo di defosforilazione (rimozione di un gruppo fosfato).

CaratteristicheNucleosidiNucleotidi
RuoloCapace di formare nucleotidi mediante il processo di fosforilazioneSono le unità monomeriche degli acidi nucleici (DNA o RNA) presenti in quasi tutte le cellule di un organismo
Composizione strutturaleSono composti da uno zucchero ribosio e da una base azotataSono composti da uno zucchero ribosio, una base azotata e un gruppo fosfato
Importanza fisiologicaHanno un immenso potenziale antivirale e antitumoraleQualsiasi cambiamento nella sequenza o nella struttura dei nucleotidi può portare a varie mutazioni in un organismo che possono provocare diverse anomalie (assenza di una proteina o di un enzima che altera la fisiologia)
Tabella: Differenza tra nucleosidi e nucleotidi

Nucleoside trifosfato

I nucleosidi trifosfati sono sostanze chimiche che contengono una base azotata (purina o pirimidina), una molecola di zucchero a cinque atomi di carbonio (desossiribosio o ribosio) e tre gruppi fosfato. I trifosfati nucleosidici servono come unità monomerica per sintetizzare gli acidi nucleici (DNA o RNA).

I trifosfati nucleosidici sono coinvolti nelle vie di segnalazione cellulare. Agiscono anche come fonte di energia per lo svolgimento delle funzioni vitali del corpo (ATP; L'adenosina trifosfato è un nucleoside trifosfato indicato come la valuta energetica della cellula).

I trifosfati nucleosidici si formano generalmente all'interno delle cellule del nostro corpo in quanto hanno uno scarso assorbimento intestinale. 

trifosfato
Figura: Purine e pirimidine formano nucleosidi mono, di e trifosfati https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/Figure_14_02_01.jpg

I nucleosidi possono essere convertiti in nucleotidi attraverso il processo di fosforilazione facilitato dall'azione di specifiche chinasi cellulari. Nella fosforilazione, il gruppo fosfato viene aggiunto al gruppo alcolico primario dello zucchero ribosio.

Nucleoside trifosfato di desossiribosio | nucleoside 5 trifosfato | replicazione del DNA trifosfato nucleosidico

I nucleosidi trifosfati contenenti desossiribosio sono noti come deossiribonucleoside trifosfato (dNTP). Prima dell'incorporazione nel DNA, i due gruppi fosfato del nucleoside trifosfato vengono scissi. Il nucleoside monofosfato (nucleotide) risultante entra nel Frammento di DNA in sintesi durante la replicazione del DNA.

Ci sono generalmente cinque tipi di nucleotidi trovati nel DNA o nell'RNA

  •            la deossiuridina trifosfato (dUTP) si trova esclusivamente nell'RNA
  •            la deossitimidina trifosfato (dTTP) si trova solo nel DNA
  •            la deossiguanosina trifosfato (dGTP) si trova sia nel DNA che nell'RNA
  •            la deossicitidina trifosfato (dCTP) si trova sia nel DNA che nell'RNA
  •            la deossiadenosina trifosfato (dATP) si trova sia nel DNA che nell'RNA

I suddetti nucleosidi trifosidici desossiribosio si trovano abbondantemente nel genoma di ogni organismo, mentre alcuni dNTP meno comuni vengono introdotti nel DNA per vari scopi. I dNTP meno comuni includono i nucleotidi artificiali e le forme tautomeriche di dNTP presenti in natura.

L'incorporazione delle forme tautomeriche di dNTP nel DNA provoca la mancata corrispondenza delle coppie di basi durante il processo di replicazione del DNA. 

Supponiamo che la forma tautomerica della citosina venga incorporata nel DNA invece della citosina. In quel caso, la forma tautomerica della citosina forma tre legami con l'adenina. Risulta in una mancata corrispondenza (la citosina forma una coppia di basi complementari con la guanina, se sta formando una coppia con l'adenina, allora sarà considerata una mancata corrispondenza). Questa mancata corrispondenza cambia la sequenza delle coppie di basi del DNA nell'individuo e alla fine si traduce in una mutazione. 

La timina è prodotta dalla deaminazione della 5-metilcitosina negli eucarioti. Fa anche una mancata corrispondenza che può essere riconosciuta da DNA polimerasi III ed asportato dalla sua attività di esonucleasi primaria da 3′ a 5′. L'attività esonucleasica è anche nota come attività di correzione di bozze che identifica il disadattamento e lo sostituisce con dNTP corretto.

I quattro tipi di dNTP (dGTP, dCTP, dTTP e dATP) sono coinvolti esclusivamente nel processo di replicazione e riparazione del DNA. il giusto equilibrio e il corretto accoppiamento di basi complementari sono necessari per la sintesi del DNA in modo accurato. 

I suddetti dNTP sono presenti solo in quantità minime in una cellula eucariotica, sufficiente per il Processo di replicazione del DNA. Sono presenti in piccole quantità perché l'enzima ribonucleotide reduttasi (RNR) si attiva solo quando le cellule entrano nella fase S del ciclo cellulare. L'RNR è responsabile della conversione dei ribonucleotidi in deossiribonucleotidi e dei ribonucleotidi difosfati in deossiribonucleotidi difosfati. Un leggero aumento o diminuzione delle quantità di questi dNTP può provocare mutazioni nel DNA. 

L'attività dell'enzima RNR è altamente regolata. L'attività RNR è regolata allostericamente da dATP. Si attiva in presenza di dGTP, dTTP e dATP e subisce l'inibizione del feedback da parte di dATP. L'espressione di RNR e l'attività è relativamente bassa nelle cellule presenti nella fase G1 e nelle cellule non in divisione. L'attività dell'RNR e il livello di espressione aumenta durante il processo di riparazione del DNA e la fase S del ciclo cellulare.

L'attività dell'RNR è regolata anche dalla stabilità delle proteine ​​della subunità RNR, dalla trascrizione di diversi geni associati al ciclo cellulare e da alcune proteine ​​inibitorie specifiche dell'RNR.

Oltre alla loro funzione nella sintesi del DNA, l'adenosina-5-trifosfato, insieme ad altri nucleosidi-5-trifosfati, agisce come substrato nelle reazioni catalizzate da enzimi del processo metabolico centrale. 

L'ATP è un nucleoside?

Una molecola di ATP ha tre componenti strutturali: una base azotata (adenina), uno zucchero ribosio e tre gruppi fosfato; quindi è un nucleotide. L'ATP o adenosina-5-trifosfato è la prima molecola per il trasferimento e l'immagazzinamento dell'energia per i processi cellulari (quindi chiamata valuta energetica). All'interno del legame pirofosfato (legame ad alta energia presente nell'ATP), viene immagazzinata l'energia, utilizzata per le reazioni metaboliche cellulari, trasporto attivo e altri processi cellulari che consumano energia.

Ogni organismo consuma cibo per ottenere energia attraverso il processo di respirazione. Questa energia ricevuta viene immagazzinata sotto forma di ATP. Mentre le piante trasducono l'energia luminosa in energia chimica, questa energia viene immagazzinata e utilizzata anche nell'ATP. 

I tre gruppi fosfato sono uniti tra loro tramite legami fosfoanidridici (legami ad alta energia). Rottura del legame fosfoanidridico attraverso il processo di idrolisi per liberare energia. Lo stesso corso di reazione dell'idrolisi dell'ATP è menzionato di seguito:

ATP -> ADP + Pi + Energy

Inoltre, l'ADP (adenosina difosfato) ha anche un legame fosfoanidridico; quindi, può anche subire idrolisi per rilasciare più energia. Lo stesso corso di reazione dell'idrolisi dell'ADP è menzionato di seguito:

ADP -> AMP + Pi + Energy

L'AMP (adenosina monofosfato) formatosi nella reazione non può subire idrolisi poiché manca di legame fosfoanidridico. Questo AMP viene nuovamente riciclato in ADP e ATP quando la cellula guadagna energia attraverso la respirazione. Le reazioni metaboliche cellulari utilizzano e riciclano AMP, ADP e ATP continuamente. 

Nucleoside di guanina | nucleoside di deossiguanosina | nucleotide nucleosidico e acido nucleico

Tra i quattro nucleo-basi presenti nell'RNA o DNA, la guanina è una di queste. La guanina forma una coppia di basi complementari con la citosina di un altro filamento polinucleotidico mediante tre legami idrogeno. Il nucleoside della guanina è anche noto come guanosina. La guanina è un derivato purinico con una formula generale C5H5N5O. La guanina contiene anelli di imidazolo e pirimidina fusi tramite doppi legami coniugati. La molecola biciclica della guanina è una pialla a causa della sua disposizione insatura.

La deossiguanosina è uno dei quattro desossiribonucleosidi costituenti presenti nel DNA. la deossiguanosina è composta da guanina a base azotata (nucleobasi purinica) e zucchero desossiribosio a cinque atomi di carbonio. La base di guanina è collegata tramite l'atomo di azoto N9 all'atomo di carbonio C1 dello zucchero desossiribosio. 

La deossiguanosina ha una struttura di base simile alla guanosina, ma nella posizione 2 'dello zucchero ribosio, manca il gruppo idrossile (quindi noto come desossiribosio). La deossiguanosina forma deossiguanosina monofosfato quando un gruppo fosfato si attacca alla posizione 5 'dello zucchero desossiribosio presente nella deossiguanosina.

Nucleoside difosfato chinasi

È anche noto come nucleoside difosfochinasi o polinucleotide chinasi. È una proteina omo-esamerica (costituita da 6 subunità identiche) composta da 152 aminoacidi. Ha 17.7 kilodalton (KDa) (un dalton è uguale a un'unità di massa atomica). Questo L'enzima si trova nei mitocondri e citoplasma. 

La nucleoside difosfato chinasi catalizza il trasferimento reversibile del gruppo fosfato tra diversi nucleosidi difosfato (NDP) e nucleoside trifosfato (NTP). Il nucleoside trifosfato dona il gruppo fosfato (donatore) mentre il nucleoside difosfato accetta il gruppo fosfato (accettore).

La reazione catalizzata dalla nucleoside difosfato chinasi segue un meccanismo di ping pong.

YDP + ZTP -> YTP + ZDP

Qui, Y e Z rappresentano diverse basi azotate

Struttura NDPK
Figura: struttura cristallina della chinasi difosfato nucleosidica
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NDPK_structure_.jpg

L'equilibrio tra i diversi nucleosidi trifosfati è mantenuto dalla nucleoside difosfato chinasi; influenza anche l'espressione genica, l'endocitosi, la trasduzione del segnale e altri processi cellulari. 

Trasportatore nucleosidico concentrativo

I trasportatori nucleosidici concentrativi comprendono tre proteine ​​strutturali nell'uomo che sono, vale a dire, SLC28A1, SLC28A2 e SLC28A3. SLC28A2 è il co-trasportatore per il nucleoside Na + specifico della purina tra queste tre proteine ​​costituenti. Il trasportatore nucleosidico concentrativo si trova sulla membrana canalicolare biliare. Tuttavia, SLC28A1 trasporta selettivamente nucleosidi di adenosina e pirimidina. SLC28A1 è un trasportatore nucleosidico sodio dipendente. SLC28A1 è anche coinvolto nel trasporto di analoghi nucleosidici antivirali come zalcitanina, zidovudina, ecc.

Alpha mem senza nucleosidi

Il mezzo alfa minimo essenziale (MEM-α) è ampiamente utilizzato per le cellule DHFR-negative trasfettate (diidrofolato reduttasi) e per la coltura di cellule di mammifero. Il MEM-α può essere utilizzato con cellule di mammiferi aderenti, cellule di melanoma umano, astrociti primari di ratto, cheratinociti e varie sospensioni. MEM-α viene solitamente modificato per vari scopi per le loro estese applicazioni di colture cellulari.

Le modifiche generali eseguite in MEM- α sono le seguenti:

  •            MEM-α è spesso usato con L-glutammina e rosso fenolo
  •            La L-glutammina può essere utilizzata anche senza desossiribonucleosidi e ribonucleosidi

Il terreno essenziale minimo (MEM) viene modificato aggiungendo acido ascorbico, biotina, vitamina B12, acido lipoico, piruvato di sodio e altri amminoacidi non essenziali per produrre MEM-α. 

MEM-α senza nucleosidi è anche disponibile come terreno selettivo per cellule DHFR-negative e cellule DG44 [derivate da cellule ovariche di criceto cinese (CHO)].

MEM-α è costituito dai sali di Earle (sali di calcio e magnesio, tampone bicarbonato e rosso fenolo) e non contiene fattori di crescita, lipidi e proteine. Pertanto, MEM-α richiede una supplementazione di FBS (Fetal Bovine Serum) al 10% per una corretta crescita cellulare. MEM-α necessita anche di un ambiente al 5–10% di CO2 per mantenere il pH fisiologico del mezzo di coltura e un sistema tampone bicarbonato. 

Conclusioni

In questo articolo viene discussa la struttura di base del nucleoside insieme alla sua importanza come mezzo di crescita.

FAQ

Q1 Cosa sono nucleotidi e nucleosidi?

Risposta: La differenza più fondamentale tra un nucleotide e un nucleoside è la presenza di un gruppo fosfato. Il nucleoside ha una base azotata e uno zucchero ribosio mentre un nucleotide ha una base azotata, uno zucchero ribosio e un gruppo fosfato.

 Q2 Qual è la funzione primaria dell'acido nucleico?

Risposta: la funzione primaria degli acidi nucleici è quella di immagazzinare l'intera informazione genetica di un organismo. 

L'acido nucleico è anche responsabile della trasmissione delle informazioni genetiche dai genitori alla prole.

Q3 Quali sono le tre funzioni principali degli acidi nucleici?

Risposta: Le tre funzioni principali degli acidi nucleici sono le seguenti:

  • Memorizza le informazioni genetiche
  • Trasmette informazioni genetiche dai genitori alla prole
  • È coinvolto nella sintesi dell'RNA, che ha un ruolo diretto nella sintesi proteica.

Q4 Usi dei nucleosidi trifosfati?

Risposta: I nucleosidi trifosfati o nucleotidi (nucleosidi fosforilati) servono come unità monomeriche per la sintesi di DNA o RNA mediante il processo di replicazione e trascrizione, rispettivamente. I nucleosidi trifosfati hanno anche un ruolo nella segnalazione cellulare e nelle reazioni metaboliche.

Q5 Elenca i nucleosidi comunemente sintetizzati all'interno del nostro corpo?

Risposta: Esistono sei tipi di nucleosidi fondamentali che vengono sintetizzati nel nostro corpo. Inosina, uridina, citidina, timidina, guanosina e adenosina sono i nucleosidi più sintetizzati nel nostro corpo.

Q6 Come vengono trasportati i nucleosidi?

Risposta: I nucleosidi vengono trasportati attraverso trasportatori nucleosidici concentrativi. Alcuni dei nucleosidi raggiungono il loro obiettivo tramite co-trasporto, come nel trasporto attraverso SLC28A2. Mentre SLC28A1 trasporta selettivamente nucleosidi pirimidinici e adenina.

Q7 La funzione della chinasi difosfato nucleosidica?

Risposta: La nucleoside difosfato chinasi catalizza il trasferimento del gruppo fosfato tra NTP (nucleoside trifosfato) e NDP (nucleoside difosfato). È anche noto come polinucleotide chinasi. La chinasi nucleoside difosfato catalizza una reazione mediante un meccanismo di ping-pong.

Q8 Cos'è MEM?

Risposta: Il terreno essenziale minimo (MEM) è ampiamente accettato per le cellule in crescita. Contiene un mezzo basale noto come mezzo Eagle con nutrienti essenziali. MEM viene utilizzato per coltivare cellule in monostrati.     

Q9 Perché FBS viene utilizzato con MEM

Risposta: Il MEM viene spesso utilizzato con il 10% di FBS (Fetal Bovine Serum) per integrare la corretta crescita cellulare. A volte richiede anche un'atmosfera di CO5 del 10-2% per mantenere il corretto pH fisiologico.

Q10 Composizione di MEM alfa

Risposta: Il MEM alfa contiene generalmente L-glutammina, rosso fenolo, 10% di FBS (siero bovino fetale) e 5-10% di CO2 ambientale. Non include lipidi, proteine ​​e fattori di crescita. MEM contiene anche i sali di Earle (sali di calcio e magnesio con tampone bicarbonato).

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