NUCLEOSIDI: CARATTERISTICHE, STRUTTURA E APPLICAZIONI - BIOLOGIA - 2025

I nucleosidi sono un grande gruppo di molecole biologiche costituite da una base azotata e da uno zucchero a cinque atomi di carbonio legato covalentemente. In termini di strutture sono molto diverse.

Sono i precursori della sintesi degli acidi nucleici (DNA e RNA), evento fondamentale per il controllo del metabolismo e della crescita di tutti gli esseri viventi. Partecipano anche a vari processi biologici, modulando alcune attività dei sistemi nervoso, muscolare e cardiovascolare, tra gli altri.

Fonte: Nucleotides_1.svg: Boris (PNG), SVG di Sjef Opera derivativa: Huhsunqu

Oggi i nucleosidi modificati vengono utilizzati come terapia antivirale e antitumorale grazie alla loro proprietà di bloccare la replicazione del DNA.

È importante non confondere il termine nucleoside con nucleotide. Sebbene entrambi gli elementi siano strutturalmente simili, poiché sono costituiti dai monomeri degli acidi nucleici, i nucleotidi hanno uno o più gruppi fosfato aggiuntivi. Cioè, un nucleotide è un nucleoside con un gruppo fosfato.

caratteristiche

I nucleosidi sono molecole costituite dai mattoni degli acidi nucleici. Hanno un peso molecolare basso, compreso tra 227,22 e 383,31 g / mol.

Grazie alla base azotata, queste strutture reagiscono come basi con valori di pKa compresi tra 3,3 e 9,8.

Struttura

La struttura nucleosidica comprende una base azotata legata da un legame covalente a uno zucchero a cinque atomi di carbonio. Esploreremo a fondo questi componenti di seguito.

Base di azoto

Il primo componente - la base azotata, chiamata anche nucleobase - è una molecola aromatica piatta che contiene azoto nella sua struttura e può essere una purina o una pirimidina.

I primi sono costituiti da due anelli fusi: uno di sei atomi e l'altro di cinque. Le pirimidine sono più piccole e composte da un unico anello.

Attico

Il secondo componente strutturale è un pentoso, che può essere un ribosio o un desossiribosio. Il ribosio è uno zucchero "normale" in cui ogni atomo di carbonio è legato a un atomo di ossigeno. Nel caso del desossiribosio, lo zucchero viene modificato, poiché manca un atomo di ossigeno al carbonio 2 '.

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In tutti i nucleosidi (e anche nei nucleotidi) che troviamo naturalmente, il legame tra le due molecole è di tipo β-N-glicosidico, ed è resistente alla scissione alcalina.

Il carbonio 1 'dello zucchero è attaccato all'azoto 1 della pirimidina e all'azoto 9 della purina. Come possiamo vedere, questi sono gli stessi componenti che troviamo nei monomeri che compongono gli acidi nucleici: i nucleotidi.

Nucleosidi modificati

Finora abbiamo descritto la struttura generale dei nucleosidi. Tuttavia, ce ne sono alcuni con determinate modificazioni chimiche, la più comune è l'unione di un gruppo metilico con la base azotata. Le metilazioni possono verificarsi anche nella porzione di carboidrati.

Altre modifiche meno frequenti includono l'isomerizzazione, ad esempio da uridina a pseudouridina; perdita di idrogeni; acetilazione; formilazione; e idrossilazione.

Classificazione e nomenclatura

A seconda dei componenti strutturali del nucleoside, è stata stabilita una classificazione in ribonucleosidi e deossinucleosidi. Nella prima categoria troviamo i nucleosidi la cui purina o pirimidina è legata a un ribosio. Inoltre, le basi azotate che le formano sono adenina, guanina, citosina e uracile.

Nei deossinucleosidi, la base azotata è ancorata al desossiribosio. Le basi che troviamo sono le stesse dei ribonucleotidi, con l'eccezione che la pirimidina uracile è sostituita da una timina.

In questo modo i ribonucleosidi vengono denominati a seconda della base azotata che la molecola contiene, stabilendo la seguente nomenclatura: adenosina, citidina, uridina e guanosina. Per identificare un deossinucleoside, viene aggiunto il prefisso deoxy-, ovvero: deossiadenosina, deossicitidina, deossiuridina e deossiguanosina.

Come accennato in precedenza, la differenza fondamentale tra un nucleotide e un nucleoside è che il primo ha un gruppo fosfato attaccato al carbonio 3 '(nucleotide 3') o al carbonio 5 '(nucleotide 5'). Quindi, in termini di nomenclatura, possiamo trovare che un sinonimo del primo caso è un nucleoside-5'-fosfato.

Funzioni biologiche

Blocchi strutturali

I nucleosidi trifosfati (cioè con tre fosfati nella loro struttura) sono la materia prima per la costruzione degli acidi nucleici: DNA e RNA.

Accumulo di energia

Grazie ai legami ad alta energia che tengono insieme i gruppi fosfato, sono strutture che immagazzinano facilmente energia di adeguata disponibilità per la cellula. L'esempio più famoso è l'ATP (adenosina trifosfato), meglio conosciuto come la "moneta energetica della cellula".

Ormoni locali

I nucleosidi stessi (senza gruppi fosfato nella loro struttura) non hanno un'attività biologica significativa. Tuttavia, nei mammiferi troviamo una sorprendente eccezione: la molecola di adenosina.

In questi organismi, l'adenosina assume il ruolo di autocoide, il che significa che funziona come ormone locale e anche come neuromodulatore.

La circolazione dell'adenosina nel flusso sanguigno modula diverse funzioni come la vasodilatazione, la frequenza cardiaca, le contrazioni nella muscolatura liscia, il rilascio di neurotrasmettitori, la degradazione dei lipidi, tra le altre.

L'adenosina è famosa per il suo ruolo nella regolazione del sonno. Quando la concentrazione di questo nucleoside aumenta, provoca affaticamento e sonno. Ecco perché il consumo di caffeina (una molecola simile all'adenosina) ci tiene svegli, poiché blocca le interazioni dell'adenosina e dei suoi rispettivi recettori nel cervello.

Nucleosidi nella dieta

I nucleosidi possono essere consumati negli alimenti ed è stato dimostrato che modulano vari processi fisiologici, avvantaggiando alcuni aspetti del sistema immunitario, lo sviluppo e la crescita del tratto gastrointestinale, il metabolismo dei lipidi, le funzioni epatiche, tra gli altri.

Sono componenti abbondanti nel latte materno, tè, birra, carne e pesce, tra gli altri alimenti.

La supplementazione di nucleosidi (e nucleotidi) esogeni è importante nei pazienti che non hanno la capacità di sintetizzare questi composti de novo.

Per quanto riguarda l'assorbimento, quasi il 90% dei nucleotidi viene assorbito sotto forma di nucleosidi e nuovamente fosforilato nelle cellule dell'intestino.

Applicazioni mediche: antitumorali e antivirali

Alcuni analoghi nucleosidici o nucleotidici modificati hanno dimostrato attività antitumorale e antivirale, consentendo il trattamento di condizioni di significativa importanza medica come l'HIV / AIDS, il virus dell'herpes, il virus dell'epatite B e la leucemia, tra gli altri.

Queste molecole vengono utilizzate per trattare queste patologie, poiché hanno la capacità di inibire la sintesi del DNA. Questi vengono trasportati attivamente nella cellula e, poiché presentano modifiche chimiche, impediscono la futura replicazione del genoma del virus.

Gli analoghi utilizzati come trattamento sono sintetizzati da diverse reazioni chimiche. Le modifiche possono avvenire nella porzione ribosio o nella base azotata.

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