Nukleosid: 11 wichtige Fakten, die Sie kennen sollten

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Was ist Nukleosid?

Die beiden Strukturkomponenten des Nukleosids sind eine stickstoffhaltige Base (auch als Nukleobase bekannt) und ein Ribosezucker mit fünf Kohlenstoffatomen (Ribose in RNA und Desoxyribose bei DNA). Aufgrund der stickstoffhaltigen Basen- und Zuckerreste werden Nukleoside häufig als Glykosamine angesehen.

Nukleosidstruktur | Basennukleosid Nukleotid | DNA-Nukleosid | Nucleosiddiphosphat

Die im Nukleosid vorhandene stickstoffhaltige Base könnte sein Purin oder Pyrimidin. Diese stickstoffhaltigen Basen sind an festen Positionen an den Ribosezucker gebunden. Die Purine sind durch ihre N9-Arbeit über eine glykosidische Bindung an Ribosezucker gebunden, während Pyrimidine über ihre N1-Position verbunden sind.

Der anomere Kohlenstoff (das mit der Carbonylgruppe von Aldehyd und Keton assoziierte Kohlenstoffatom) des Ribosezuckers bildet eine glykosidische Bindung mit der stickstoffhaltigen Base.

Nucleosid
Abbildung: Nucleosid-Desoxyadenosin https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Desoxyadenosin.svg

Arten von Nukleosiden

Sechs Grundtypen von Nukleosiden werden in unserem Körper synthetisiert

  • Adenosin
  • Guanosin
  • Thymidin
  • Cytidin
  • Uridin
  • Inosin

Nucleosid vs Nucleotid | Nukleosid 5 Monophosphat | Nucleosidmonophosphat

Der einfachste Weg, zwischen einem Nukleotid und einem Nukleosid zu unterscheiden, ist wie folgt:

Nucleosid = Stickstoffbase + Ribosezucker

Nukleotid = Stickstoffbase + Ribosezucker + Phosphatgruppe

Wichtiger Hinweis: Alle Bindungen zwischen den Bestandteilen (Base, Zucker und Phosphatgruppe) sind rein kovalent. Der Ribosezucker liegt in der mittleren Position (kovalent an die stickstoffhaltige Base auf der einen Seite und die Phosphatgruppe auf der anderen Seite gebunden) innerhalb eines Nukleotids. 

Die in jedem Organismus vorkommenden Nukleinsäuren (DNA; Desoxyribonukleinsäure, RNA; Ribonukleinsäure) sind chemisch Nukleotidpolymere. 

Ein Nukleosid ist das Nukleotid, dem eine Phosphatgruppe fehlt.

Ein Nukleosid kann allein durch einen Phosphorylierungsprozess (Addition einer Phosphatgruppe) in ein Nukleotid umgewandelt werden. Darüber hinaus kann das Nukleotid durch den Prozess der Dephosphorylierung (Entfernung einer Phosphatgruppe) in ein Nukleosid umgewandelt werden.

EigenschaftenNukleosideNucleotides
RollenKann durch Phosphorylierung Nukleotide bildenSie sind die Monomereinheiten der Nukleinsäuren (DNA oder RNA), die in fast allen Zellen eines Organismus vorhanden sind
Strukturelle ZusammensetzungSie bestehen aus einem Ribosezucker und einer stickstoffhaltigen BaseSie bestehen aus einem Ribosezucker, einer stickstoffhaltigen Base und einer Phosphatgruppe
Physiologische BedeutungSie haben ein immenses antivirales und krebsbekämpfendes PotenzialJede Änderung der Sequenz oder Struktur von Nukleotiden kann zu verschiedenen Mutationen in einem Organismus führen, die zu mehreren Anomalien führen können (Fehlen eines Proteins oder eines Enzyms, das die Physiologie verändert).
Tabelle: Unterschied zwischen Nukleosid und Nukleotid

Nucleosidtriphosphat

Die Nukleosidtriphosphate sind chemische Substanzen, die eine stickstoffhaltige Base (Purin oder Pyrimidin), ein Zuckermolekül mit fünf Kohlenstoffatomen (Desoxyribose oder Ribose) und drei Phosphatgruppen enthalten. Nucleosidtriphosphate dienen als Monomereinheit zur Synthese von Nucleinsäuren (DNA oder RNA).

Die Nucleosidtriphosphate sind an den zellulären Signalwegen beteiligt. Sie dienen auch als Energiequelle für die Wahrnehmung lebenswichtiger Körperfunktionen (ATP; Adenosintriphosphat ist ein Nukleosidtriphosphat, das als Energiewährung der Zelle bezeichnet wird).

Die Nukleosidtriphosphate werden im Allgemeinen in unseren Körperzellen gebildet, da sie eine sehr schlechte Darmabsorption aufweisen. 

Triphosphat
Abbildung: Purine und Pyrimidine bilden Nucleosidmono-, -di- und -triphosphate https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/Figure_14_02_01.jpg

Die Nukleoside können durch den Phosphorylierungsprozess, der durch die Wirkung spezifischer zellulärer Kinasen erleichtert wird, in Nukleotide umgewandelt werden. Bei der Phosphorylierung wird die Phosphatgruppe zur primären Alkoholgruppe des Ribosezuckers hinzugefügt.

Desoxyribose-Nucleosidtriphosphat | Nukleosid 5 Triphosphat | Nukleosidtriphosphat-DNA-Replikation

Die Desoxyribose enthaltenden Nukleosidtriphosphate sind als Desoxyribonukleosidtriphosphat (dNTPs) bekannt. Vor dem Einbau in die DNA werden die beiden Phosphatgruppen vom Nukleosidtriphosphat abgespalten. Das entstehende Nukleosidmonophosphat (Nukleotid) geht in die Während der DNA-Replikation synthetisiertes DNA-Fragment.

Es gibt im Allgemeinen fünf Arten von Nukleotiden, die in der DNA oder RNA gefunden werden

  •            Desoxyuridintriphosphat (dUTP) kommt ausschließlich in RNA vor
  •            Desoxythymidintriphosphat (dTTP) kommt nur in der DNA vor
  •            Desoxyguanosintriphosphat (dGTP) kommt sowohl in DNA als auch in RNA vor
  •            Desoxycytidintriphosphat (dCTP) kommt sowohl in DNA als auch in RNA vor
  •            Desoxyadenosintriphosphat (dATP) kommt sowohl in DNA als auch in RNA vor

Die oben genannten Desoxyribose-Nucleosidtriphosphate sind im Genom jedes Organismus reichlich vorhanden, während einige weniger häufige dNTPs für verschiedene Zwecke in die DNA eingeführt werden. Zu den weniger verbreiteten dNTPs gehören die künstlichen Nukleotide und tautomeren Formen natürlich vorkommender dNTPs.

Der Einbau der tautomeren Formen von dNTPs in die DNA führt zu einer Fehlpaarung der Basenpaare während des DNA-Replikationsprozesses. 

Angenommen, die tautomere Form von Cytosin wird anstelle des Cytosins in die DNA eingebaut. In diesem Fall bildet die tautomere Form von Cytosin drei Bindungen mit dem Adenin. Dies führt zu einer Fehlpaarung (Cytosin bildet mit dem Guanin ein komplementäres Basenpaar. Wenn es mit Adenin ein Paar bildet, wird dies als Fehlpaarung angesehen). Diese Fehlpaarung verändert die Sequenz der DNA-Basenpaare im Individuum und führt letztendlich zu einer Mutation. 

Das Thymin wird durch Desaminierung des 5-Methylcytosins in Eukaryoten hergestellt. Es macht auch eine Diskrepanz, die durch erkannt werden kann DNA-Polymerase III und durch seine 3'- bis 5'-Prime-Exonuklease-Aktivität ausgeschnitten. Die Exonukleaseaktivität ist auch als Korrekturleseaktivität bekannt, die die Nichtübereinstimmung identifiziert und durch das richtige dNTP ersetzt.

Die vier Arten von dNTPs (dGTPs, dCTPs, dTTPs und dATPs) sind ausschließlich am Replikations- und Reparaturprozess der DNA beteiligt. Für die genaue Synthese der DNA ist das richtige Gleichgewicht und die richtige komplementäre Basenpaarung erforderlich. 

Die oben erwähnten dNTPs sind in einer eukaryotischen Zelle nur in winzigen Mengen vorhanden, die für die DNA-Replikationsprozess. Sie sind in geringen Mengen vorhanden, da das Enzym Ribonukleotidreduktase (RNR) nur dann aktiviert wird, wenn die Zellen in die S-Phase des Zellzyklus eintreten. RNR ist verantwortlich für die Umwandlung von Ribonukleotiden in Desoxyribonukleotide und von Ribonukleotiddiphosphaten in Desoxyribonukleotiddiphosphate. Eine leichte Erhöhung oder Verringerung der Mengen dieser dNTPs kann zu Mutationen in der DNA führen. 

Die Aktivität des RNR-Enzyms ist stark reguliert. Die RNR-Aktivität wird durch dATP allosterisch reguliert. Es wird in Gegenwart von dGTPs, dTTPs und dATPs aktiviert und unterliegt einer Rückkopplungshemmung durch dATP. Die Expression von RNR und die Aktivität ist in Zellen, die in der G1-Phase vorhanden sind, und in nicht teilenden Zellen relativ gering. Die Aktivität von RNR und das Expressionsniveau nehmen während des DNA-Reparaturprozesses und der S-Phase des Zellzyklus zu.

Die RNR-Aktivität wird auch durch die Stabilität von Proteinen der RNR-Untereinheit, die Transkription mehrerer mit dem Zellzyklus assoziierter Gene und einige für RNR spezifische inhibitorische Proteine ​​reguliert.

Neben ihrer Funktion bei der DNA-Synthese fungiert das Adenosin-5-triphosphat zusammen mit anderen Nucleosid-5-triphosphaten als Substrat bei den enzymkatalysierten Reaktionen des zentralen Stoffwechselprozesses. 

Ist ATP ein Nukleosid?

Ein ATP-Molekül hat drei strukturelle Komponenten: eine stickstoffhaltige Base (Adenin), einen Ribosezucker und drei Phosphatgruppen; daher ist es ein Nukleotid. Das ATP oder Adenosin-5-Triphosphat ist das wichtigste Molekül zur Übertragung und Speicherung von Energie für zelluläre Prozesse (daher Energiewährung genannt). Innerhalb der Pyrophosphatbindung (hochenergetische Bindung, die in ATP vorhanden ist) wird die Energie gespeichert, die für die zellulären Stoffwechselreaktionen verwendet wird, aktiven Transport und andere energieverbrauchende zelluläre Prozesse.

Jeder Organismus verbraucht Nahrung, um durch den Atmungsprozess Energie zu gewinnen. Diese empfangene Energie wird in Form von ATP gespeichert. Während Pflanzen Lichtenergie in chemische Energie umwandeln, wird diese Energie auch in ATP gespeichert und genutzt. 

Die drei Phosphatgruppen sind durch Phosphoanhydridbindungen (Hochenergiebindungen) miteinander verbunden. Aufbrechen der Phosphoanhydridbindung durch Hydrolyse zur Freisetzung von Energie. Der gleiche Reaktionsverlauf der ATP-Hydrolyse wird nachstehend erwähnt:

ATP -> ADP + Pi + Energie

Darüber hinaus hat das ADP (Adenosindiphosphat) auch eine Phosphoanhydridbindung; Somit kann es auch einer Hydrolyse unterzogen werden, um mehr Energie freizusetzen. Der gleiche Reaktionsverlauf der ADP-Hydrolyse wird nachstehend erwähnt:

ADP -> AMP + Pi + Energie

Das bei der Reaktion gebildete AMP (Adenosinmonophosphat) kann keine Hydrolyse eingehen, da ihm eine Phosphoanhydridbindung fehlt. Dieses AMP wird wieder in ADP und ATP zurückgeführt, wenn die Zelle durch Atmung Energie gewinnt. Die zellulären Stoffwechselreaktionen nutzen und recyceln AMP, ADP und ATP kontinuierlich. 

Guaninnukleosid | Desoxyguanosin-Nucleosid | Nukleosid Nukleotid und Nukleinsäure

Unter den vier in der RNA oder DNA gefundenen Nukleobasen ist Guanin eine davon. Guanin bildet durch drei Wasserstoffbrückenbindungen ein komplementäres Basenpaar mit dem Cytosin eines anderen Polynukleotidstrangs. Das Guaninnukleosid ist auch als Guanosin bekannt. Das Guanin ist ein Purinderivat mit einer allgemeinen Formel C.5H5N5O. Das Guanin enthält Imidazol- und Pyrimidinringe, die über konjugierte Doppelbindungen fusioniert sind. Das bicyclische Guaninmolekül ist aufgrund seiner ungesättigten Anordnung ein Hobel.

Desoxyguanosin ist eines der vier in der DNA vorkommenden Deoxyribonukleoside. Das Desoxyguanosin besteht aus Guanin auf Stickstoffbasis (Purinnukleobase) und Desoxyribosezucker mit fünf Kohlenstoffatomen. Die Guaninbase ist über das N9-Stickstoffatom mit dem C1-Kohlenstoffatom des Desoxyribose-Zuckers verbunden. 

Desoxyguanosin hat eine ähnliche Grundgerüststruktur wie Guanosin, aber an der 2'-Position des Ribosezuckers fehlt die Hydroxylgruppe (daher als Desoxyribose bekannt). Das Desoxyguanosin bildet Desoxyguanosinmonophosphat, wenn eine Phosphatgruppe an die 5'-Position des in Desoxyguanosin vorhandenen Desoxyribosezuckers gebunden wird.

Nucleosiddiphosphatkinase

Es ist auch als Nukleosiddiphosphokinase oder Polynukleotidkinase bekannt. Es ist ein homohexameres Protein (bestehend aus 6 identischen Untereinheiten), das aus 152 Aminosäuren besteht. Es hat 17.7 Kilodalton (KDa) (ein Dalton entspricht einer atomaren Masseneinheit). Dies Enzym kommt in den Mitochondrien vor und Zytoplasma. 

Die Nucleosiddiphosphatkinase katalysiert den reversiblen Transfer der Phosphatgruppe zwischen verschiedenen Nucleosiddiphosphaten (NDP) und Nucleosidtriphosphaten (NTP). Das Nucleosidtriphosphat spendet die Phosphatgruppe (Donor), während das Nucleosiddiphosphat die Phosphatgruppe (Akzeptor) akzeptiert.

Die durch Nucleosiddiphosphatkinase katalysierte Reaktion folgt einem Ping-Pong-Mechanismus.

YDP + ZTP -> YTP + ZDP

Hier repräsentieren Y und Z unterschiedliche stickstoffhaltige Basen

NDPK-Struktur
Figure: Kristallstruktur der Nucleosiddiphosphatkinase
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NDPK_structure_.jpg

Das Gleichgewicht zwischen verschiedenen Nucleosidtriphosphaten wird durch die Nucleosiddiphosphatkinase aufrechterhalten; Es beeinflusst auch die Genexpression, Endozytose, Signaltransduktion und andere zelluläre Prozesse. 

Konzentrativer Nukleosidtransporter

Die konzentrativen Nukleosidtransporter umfassen drei Strukturproteine ​​beim Menschen, nämlich SLC28A1, SLC28A2 und SLC28A3. SLC28A2 ist der Co-Transporter für das Purin-spezifische Na + -Nukleosid unter diesen drei Proteinbestandteilen. Der konzentrative Nukleosidtransporter befindet sich auf der Gallenkanalmembran. SLC28A1 transportiert jedoch selektiv Adenosin und Pyrimidinnukleoside. SLC28A1 ist ein natriumabhängiger Nukleosidtransporter. SLC28A1 ist auch am Transport von antiviralen Nukleosidanaloga wie Zalcitanin, Zidovudin usw. beteiligt.

Alpha-Mem ohne Nukleoside

Das minimale essentielle Medium alpha (MEM- & agr;) wird ausgiebig für die transfizierten DHFR-negativen Zellen (Dihydrofolatreduktase) und die Säugetierzellkultur verwendet. Das MEM- & agr; kann mit anhaftenden Säugetierzellen, menschlichen Melanomzellen, primären Rattenastrozyten, Keratinozyten und verschiedenen Suspensionen verwendet werden. MEM- & agr; wird üblicherweise für verschiedene Zwecke für ihre umfangreichen Zellkulturanwendungen modifiziert.

Die allgemeinen Modifikationen, die in MEM- & agr; durchgeführt werden, sind wie folgt:

  •            MEM- & agr; wird häufig mit L-Glutamin und Phenolrot verwendet
  •            L-Glutamin kann auch ohne Desoxyribonukleoside und Ribonukleoside verwendet werden

Das minimale essentielle Medium (MEM) wird durch Zugabe von Ascorbinsäure, Biotin, Vitamin B12, Liponsäure, Natriumpyruvat und anderen nicht essentiellen Aminosäuren modifiziert, um MEM- & agr; zu erzeugen. 

MEM- & agr; ohne Nukleoside ist auch als selektives Medium für DHFR-negative Zellen und DG44-Zellen [abgeleitet von CHO-Zellen (Chinese Hamster Ovary)] erhältlich.

MEM- α besteht aus Earles Salzen (Salze von Calcium und Magnesium, Bicarbonatpuffer und Phenolrot) und enthält keine Wachstumsfaktoren, Lipide und Proteine. Daher erfordert MEM- & agr; eine 10% ige FBS-Supplementierung (Fetal Bovine Serum) für ein korrektes Zellwachstum. MEM- α benötigt außerdem eine Umgebung mit 5–10% CO2, um den physiologischen pH-Wert des Kulturmediums aufrechtzuerhalten, und ein Bicarbonatpuffersystem. 

Schlussfolgerungen

In diesem Artikel wird die Grundstruktur des Nukleosids zusammen mit seiner Bedeutung als Wachstumsmedium diskutiert.

FAQs

Q1 Was sind Nukleotid und Nukleosid?

Antworten: Der grundlegendste Unterschied zwischen einem Nukleotid und einem Nukleosid ist das Vorhandensein einer Phosphatgruppe. Das Nukleosid hat eine stickstoffhaltige Base und einen Ribosezucker, während ein Nukleotid eine stickstoffhaltige Base, einen Ribosezucker und eine Phosphatgruppe aufweist.

 Q2 Was ist die Hauptfunktion von Nukleinsäure?

Antworten: Die Hauptfunktion von Nukleinsäuren besteht darin, die gesamte genetische Information eines Organismus zu speichern. 

Nukleinsäure ist auch für die Übertragung genetischer Informationen von den Eltern auf die Nachkommen verantwortlich.

F3 Was sind die drei Hauptfunktionen von Nukleinsäuren?

Antworten: Die drei Hauptfunktionen von Nukleinsäuren sind wie folgt:

  • Es speichert genetische Informationen
  • Es überträgt genetische Informationen von den Eltern an die Nachkommen
  • Es ist an der Synthese von RNA beteiligt, die eine direkte Rolle bei der Proteinsynthese spielt.

Q4 Verwendung von Nukleosidtriphosphaten?

Antworten: Die Nucleosidtriphosphate oder Nucleotide (phosphoryliertes Nucleosid) dienen als Monomereinheiten für die Synthese von DNA oder RNA durch den Replikations- bzw. Transkriptionsprozess. Nucleosidtriphosphate spielen auch eine Rolle bei der Signalübertragung von Zellen und bei Stoffwechselreaktionen.

F5 Die häufig synthetisierten Nukleoside in unserem Körper auflisten?

Antworten: Es gibt sechs Arten grundlegender Nukleoside, die in unserem Körper synthetisiert werden. Inosin, Uridin, Cytidin, Thymidin, Guanosin und Adenosin sind die am meisten synthetisierten Nukleoside in unserem Körper.

F6 Wie werden Nukleoside transportiert?

Antworten: Die Nukleoside werden durch konzentrative Nukleosidtransporter transportiert. Einige der Nukleoside erreichen ihr Ziel über Co-Transport, wie beim Transport durch SLC28A2. Während SLC28A1 selektiv transportiert Pyrimidinnukleoside und Adenin.

F7 Die Funktion der Nukleosiddiphosphatkinase?

Antworten: Die Nucleosiddiphosphatkinase katalysiert den Phosphatgruppentransfer zwischen NTP (Nucleosidtriphosphat) und NDP (Nucleosiddiphosphat). Es ist auch als Polynukleotidkinase bekannt. Die Nucleosiddiphosphatkinase katalysiert eine Reaktion durch einen Ping-Pong-Mechanismus.

F8 Was ist MEM?

Antworten: Das minimale essentielle Medium (MEM) ist für das Wachstum von Zellen weithin akzeptiert. Es enthält ein Basalmedium, das als Eagle-Medium bekannt ist, mit essentiellen Nährstoffen. MEM wird verwendet, um Zellen in Monoschichten zu kultivieren.     

F9 Warum FBS mit MEM verwendet wird

Antworten: Das MEM wird häufig zusammen mit 10% FBS (Fetal Bovine Serum) verwendet, um das richtige Zellwachstum zu ergänzen. Manchmal ist auch eine Atmosphäre von 5 bis 10% CO2 erforderlich, um den richtigen physiologischen pH-Wert aufrechtzuerhalten.

Q10 Zusammensetzung von MEM alpha

Antworten: Das MEM alpha enthält im Allgemeinen L-Glutamin, Phenolrot, 10% FBS (Fetal Bovine Serum) und 5-10% CO2. Lipide, Proteine ​​und Wachstumsfaktoren sind nicht enthalten. MEM enthält auch Earle-Salze (Salze von Calcium und Magnesium mit Bicarbonatpuffer).

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