Een nucleoside bestaat altijd uit een nucleïnezuurbasis die is gekoppeld aan de monosaccharide ribose of deoxyribose door een N-glycosidebinding. Alle 5 nucleïnezuur bases - de bouwstenen van DNA en RNA dubbele en enkele helices - kunnen enzymatisch worden omgezet in nucleosiden. Sommige glycosiden hebben een fysiologische betekenis, zoals adenosine, dat is de basisbouwsteen voor ADP en ATP in cellulair energiemetabolisme.
Wat zijn nucleosiden?
De dubbele helices van DNA en de enkele helices van RNA worden gevormd uit sequenties van slechts vijf verschillende nucleïnezuren bases in de vorm van nucleotiden. Alle vijf nucleïnezuur bases, waarvan adenine en guanine de basisstructuur zijn op basis van de vijf- en zesledige ringen van purine, en cytosine, thymine en uracil zijn gebaseerd op de aromatische zesring van pyrimidine, kunnen N-glycosidisch combineren met het monosaccharide ribose en deoxyribose, respectievelijk. De hydroxylgroep (-OH) op C-atoom 1 van pentose reageert met de aminogroep (-NH2) van de nucleïnezuurbasis om een H2O-molecuul te vormen en af te splitsen. Wanneer een ribose of desoxyribose-residu is gehecht, wordt adenine omgezet in adenosine of deoxyadenosine. Evenzo wordt de purinebase guanine omgezet in respectievelijk guanosine en deoxyguanosine. De drie purinebasen thymine, cytosine en uracil worden omgezet in thymidine, cytidine en uridine door de toevoeging van het riboseresidu, of krijgen het voorvoegsel 'deoxy-' als de toevoeging suiker residu bestaat uit deoxyribose. Daarnaast bestaat er een groot aantal gemodificeerde nucleosiden, waarvan sommige een rol spelen bij transfer DNA (tDNA) en ribosomaal RNA (rRNA). Kunstmatig geproduceerde, gemodificeerde nucleosiden, zogenaamde nucleoside-analogen, werken gedeeltelijk als antivirale middelen en worden specifiek gebruikt om retrovirussen te bestrijden. Sommige nucleoside-analogen vertonen cytostatische activiteit, dus worden ze gebruikt om bepaalde te bestrijden kanker cellen.
Functie, actie en rollen
Een van de belangrijkste functies van de vijf basisnucleosiden is om te worden omgezet in nucleotiden door toevoeging van een fosfaat groep aan de pentose en, als nucleotiden, om de bouwstenen van DNA en RNA te vormen. In gewijzigde vorm voeren sommige nucleosiden ook taken uit bij de katalyse van bepaalde metabolische processen. Bijvoorbeeld de zogenaamde "active methionine”(S-adenosyl-methionine) dient als donor van methylgroepen. In sommige gevallen functioneren nucleosiden ook in hun nucleotidevorm als bouwstenen van groep-overdragende co-enzymen. Voorbeelden zijn onder meer riboflavine (vitamine B2), dat als voorloper dient voor veel co-enzymen en dus een centrale rol speelt in veel stofwisselingsprocessen. In de energievoorziening van cellen, adenosine speelt een zeer belangrijke rol als adensinedifosfaat (ADP) en als adenosinetrifosfaat (ATP). ATP is te omschrijven als een universele energiedrager en dient tevens als een fosfaat donor in zeer veel stofwisselingsprocessen waarbij fosforylering betrokken is. Guanosinetrifosfaat (GTP) is de energiedrager in de zogenaamde citraatcyclus mitochondria Nucleotiden zijn ook componenten van co-enzym A en vitamine B12 De nucleosiden uridine en cytidine worden in combinatie gebruikt als drugs behandelen zenuwontsteking en spierziekten. Het medicijn wordt bijvoorbeeld gebruikt voor zenuwwortel ontsteking van de wervelkolom en spit Gemodificeerde nucleosiden, zogenaamde nucleoside-analogen, vertonen in sommige gevallen virostatische effecten tegen retrovirussen. Ze worden gebruikt in drugs tegen bijvoorbeeld herpes simplex-virus en HIV virussen Andere nucleoside-analogen met cytostatische activiteit spelen een rol bij kanker behandeling.
Vorming, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden
Nucleosiden zijn volledig samengesteld uit carbon, waterstof, zuurstof en stikstof Alle stoffen zijn vrijwel overal op aarde overvloedig aanwezig. Sporenelementen en zeldzaam mineralen zijn niet nodig om nucleosiden te bouwen. Desalniettemin synthetiseert het lichaam nucleosiden niet helemaal opnieuw, omdat de synthese complex is en energie verbruikt. Daarom neemt het menselijk lichaam het tegenovergestelde pad en verkrijgt het nucleosiden voornamelijk uit afbraakprocessen in het intermediaire purine- en pyrimidinemetabolisme (reddingsroute). Nucleosiden nemen als nucleotiden deel aan een verscheidenheid aan enzymatisch-katalytische metabolische processen in zuivere vorm of in gefosforyleerde vorm. Bijzonder is de functie van adenosine in de vorm van ATP en ADP in de zogenaamde ademhalingsketen. Het nucleotide guaninetrifosfaat speelt een cruciale rol in de zogenaamde citraatcyclus. In cycli vinden processen plaats binnen de mitochondria van cellen. Omdat nucleosiden vrijwel altijd in grote hoeveelheden in gebonden vorm of als functionele drager in vrijwel alle lichaamscellen aanwezig zijn, is er geen algemene grens- of richtwaarde voor een optimale concentratie Bepaling van de concentratie van specifieke nucleosiden of nucleotiden in bloed plasma kan nuttig zijn voor diagnoses en differentiële diagnoses.
Ziekten en aandoeningen
Nucleosiden zijn een actief onderdeel van veel stofwisselingsprocessen en hun functies kunnen zelden afzonderlijk worden beschouwd. Bij aandoeningen gaat het meestal om complexe enzymatisch-katalytische processen die op specifieke plaatsen worden onderbroken of geremd, wat leidt tot overeenkomstige symptomen. Ziekten die metabole afwijkingen van nucleosiden veroorzaken, hebben meestal ook te maken met het purine- of pyrimidinemetabolisme, omdat de vijf basische nucleosiden een purine- of een pyrimidineskelet dragen. Een bekende stoornis in het purinemetabolisme wordt veroorzaakt door het bekende Lesch-Nyhan-syndroom, een erfelijke ziekte die een tekort aan hypoxanthine-guaninefosforibosyltransferase (HGPRT) veroorzaakt. Het enzymdeficiëntie verhindert de recycling van bepaalde nucleïnezuurbasen, wat resulteert in een cumulatieve ophoping van hypoxanthine en guanine. Dit triggert op zijn beurt hyperurikemie, een verhoogde urinezuur niveau, wat leidt tot jicht De verhoogde urinezuur niveau leidt tot afzettingen op gewrichten en peesmantels, die pijnlijke symptomen kunnen veroorzaken. Een zeer zeldzame erfelijke ziekte manifesteert zich in adenylosuccinaatlyasedeficiëntie, wat leidt tot problemen met het purinemetabolisme. De ziekte veroorzaakt spiertrekkingen en vertraagde ontwikkeling van de foetus met een ernstig beloop.
