NUCLÉOSIDE: CARACTÉRISTIQUES, STRUCTURE ET APPLICATIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Les nucléosides sont un grand groupe de molécules biologiques constitué d 'une base azotée et d' un sucre à cinq carbones liés de manière covalente. En termes de structures, ils sont très diversifiés.

Ce sont les précurseurs de la synthèse des acides nucléiques (ADN et ARN), événement fondamental pour le contrôle du métabolisme et la croissance de tous les êtres vivants. Ils participent également à divers processus biologiques, en modulant certaines activités des systèmes nerveux, musculaire et cardiovasculaire, entre autres.

Source: Nucleotides_1.svg: Boris (PNG), SVG par SjefDérivée de travaux: Huhsunqu

Aujourd'hui, les nucléosides modifiés sont utilisés comme thérapie antivirale et anticancéreuse grâce à leur propriété de bloquer la réplication de l'ADN.

Il est important de ne pas confondre le terme nucléoside avec nucléotide. Bien que les deux éléments soient structurellement identiques, puisqu'ils sont constitués des monomères d'acides nucléiques, les nucléotides ont un ou plusieurs groupes phosphate supplémentaires. Autrement dit, un nucléotide est un nucléoside avec un groupe phosphate.

caractéristiques

Les nucléosides sont des molécules constituées des éléments constitutifs des acides nucléiques. Ils sont de faible poids moléculaire, compris entre 227,22 et 383,31 g / mol.

Grâce à la base azotée, ces structures réagissent comme des bases avec des valeurs de pKa comprises entre 3,3 et 9,8.

Structure

La structure nucléosidique comprend une base azotée liée de manière covalente à un sucre à cinq carbones. Nous explorerons ces composants en détail ci-dessous.

Base azotée

Le premier composant - la base azotée, également appelée nucléobase - est une molécule aromatique plate qui contient de l'azote dans sa structure et peut être une purine ou une pyrimidine.

Les premiers sont constitués de deux anneaux fusionnés: l'un de six atomes et l'autre de cinq. Les pyrimidines sont plus petites et constituées d'un seul anneau.

Penthouse

Le deuxième composant structurel est un pentose, qui peut être un ribose ou un désoxyribose. Le ribose est un sucre «normal» où chaque atome de carbone est lié à un atome d'oxygène. Dans le cas du désoxyribose, le sucre est modifié, car il manque un atome d'oxygène au niveau du carbone 2 '.

Lien

Dans tous les nucléosides (et aussi dans les nucléotides) que l'on trouve naturellement, la liaison entre les deux molécules est de type β-N-glycosidique, et elle est résistante au clivage alcalin.

Le carbone 1 'du sucre est lié à l'azote 1 de la pyrimidine et à l'azote 9 de la purine. Comme on peut le voir, ce sont les mêmes composants que l'on retrouve dans les monomères qui composent les acides nucléiques: les nucléotides.

Nucléosides modifiés

Jusqu'à présent, nous avons décrit la structure générale des nucléosides. Cependant, il y en a avec certaines modifications chimiques, la plus courante étant l'union d'un groupe méthyle avec la base azotée. Des méthylations peuvent également se produire dans la portion glucidique.

D'autres modifications moins fréquentes comprennent l'isomérisation, par exemple de l'uridine à la pseudouridine; perte d'hydrogènes; acétylation; formylation; et hydroxylation.

Classification et nomenclature

En fonction des composants structurels du nucléoside, une classification en ribonucléosides et désoxynucléosides a été établie. Dans la première catégorie, on trouve des nucléosides dont la purine ou la pyrimidine est liée à un ribose. De plus, les bases azotées qui les forment sont l'adénine, la guanine, la cytosine et l'uracile.

Dans les désoxynucléosides, la base azotée est ancrée au désoxyribose. Les bases que nous trouvons sont les mêmes que dans les ribonucléotides, à l'exception que la pyrimidine uracile est remplacée par une thymine.

De cette manière, les ribonucléosides sont nommés en fonction de la base azotée contenue dans la molécule, établissant la nomenclature suivante: adénosine, cytidine, uridine et guanosine. Pour identifier un désoxynucléoside, le préfixe désoxy- est ajouté, à savoir: désoxyadénosine, désoxycytidine, désoxyuridine et désoxyguanosine.

Comme nous l'avons mentionné précédemment, la différence fondamentale entre un nucléotide et un nucléoside est que le premier a un groupe phosphate attaché au carbone 3 '(nucléotide 3') ou au carbone 5 '(nucléotide 5'). Ainsi, en termes de nomenclature, nous pouvons trouver qu'un synonyme du premier cas est un nucléoside-5'-phosphate.

Fonctions biologiques

Blocs structurels

Le nucléoside triphosphate (c'est-à-dire avec trois phosphates dans leur structure) est la matière première pour la construction des acides nucléiques: l'ADN et l'ARN.

Stockage d'Energie

Grâce aux liaisons à haute énergie qui maintiennent les groupes phosphate ensemble, ce sont des structures qui stockent facilement l'énergie d'une disponibilité adéquate pour la cellule. L'exemple le plus célèbre est l'ATP (adénosine triphosphate), mieux connu sous le nom de «monnaie énergétique de la cellule».

Hormones locales

Les nucléosides eux-mêmes (sans groupes phosphate dans leur structure) n'ont pas d'activité biologique significative. Cependant, chez les mammifères, nous trouvons une exception frappante: la molécule d'adénosine.

Dans ces organismes, l'adénosine joue le rôle d'autocoïde, ce qui signifie qu'elle fonctionne comme une hormone locale et aussi comme un neuromodulateur.

La circulation de l'adénosine dans la circulation sanguine module différentes fonctions telles que la vasodilatation, la fréquence cardiaque, les contractions du muscle lisse, la libération de neurotransmetteurs, la dégradation des lipides, entre autres.

L'adénosine est célèbre pour son rôle dans la régulation du sommeil. Lorsque la concentration de ce nucléoside augmente, cela provoque fatigue et sommeil. C'est pourquoi la consommation de caféine (une molécule similaire à l'adénosine) nous empêche de dormir, puisqu'elle bloque les interactions de l'adénosine et de ses récepteurs respectifs dans le cerveau.

Nucléosides dans l'alimentation

Les nucléosides peuvent être consommés dans les aliments et il a été démontré qu'ils modulent divers processus physiologiques, profitant à certains aspects du système immunitaire, au développement et à la croissance du tractus gastro-intestinal, au métabolisme des lipides, aux fonctions hépatiques, entre autres.

Ils sont des composants abondants dans le lait maternel, le thé, la bière, la viande et le poisson, entre autres aliments.

La supplémentation en nucléosides (et nucléotides) exogènes est importante chez les patients qui n'ont pas la capacité de synthétiser ces composés de novo.

Concernant l'absorption, près de 90% des nucléotides sont absorbés sous forme de nucléosides et à nouveau phosphorylés dans les cellules de l'intestin.

Applications médicales: anticancéreux et antiviraux

Certains nucléosides ou analogues de nucléotides modifiés ont démontré une activité anticancéreuse et antivirale, permettant le traitement d'affections d'importance médicale significative telles que le VIH / SIDA, le virus de l'herpès, le virus de l'hépatite B et la leucémie, entre autres.

Ces molécules sont utilisées pour traiter ces pathologies, car elles ont la capacité d'inhiber la synthèse d'ADN. Ceux-ci sont activement transportés dans la cellule et, dans la mesure où ils présentent des modifications chimiques, empêchent la réplication future du génome du virus.

Les analogues utilisés comme traitement sont synthétisés par différentes réactions chimiques. Des modifications peuvent intervenir dans la partie ribose ou dans la base azotée.

Références

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… et Walter, P. (2013). Biologie cellulaire essentielle. Garland Science.
2. Borea, PA, Gessi, S., Merighi, S., Vincenzi, F., et Varani, K. (2018). Pharmacologie des récepteurs de l'adénosine: l'état de l'art. Revues physiologiques, 98 (3), 1591-1625.
3. Cooper, GM et Hausman, RE (2007). La cellule: une approche moléculaire. Washington, DC, Sunderland, MA.
4. Griffiths, AJ (2002). Analyse génétique moderne: intégration des gènes et des génomes. Macmillan.
5. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT et Miller, JH (2005). Une introduction à l'analyse génétique. Macmillan.
6. Koolman, J., et Röhm, KH (2005). Biochimie: texte et atlas. Panamerican Medical Ed.
7. Mikhailopulo, IA et Miroshnikov, AI (2010). Nouvelles tendances de la biotechnologie nucléosidique. Acta Naturae 2 (5).
8. Passarge, E. (2009). Texte et atlas de la génétique. Panamerican Medical Ed.
9. Siegel, GJ (1999). Neurochimie de base: aspects moléculaires, cellulaires et médicaux. Lippincott-Raven.