Nucleosides

EEN Nucleoside bestaat altijd uit een nucleobase die via een N-glycosidebinding aan de monosaccharide ribose of deoxyribose is gekoppeld. Alle 5 nucleosiden - 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 de basisbouwsteen vormt voor ADP en ATP in het energiemetabolisme van cellen.

Wat zijn nucleosiden?

De dubbele helices van DNA en de enkele helices van RNA worden gevormd uit sequenties van slechts vijf verschillende nucleobasen in de vorm van nucleotiden.

Alle vijf nucleobasen, waarvan adenine en guanine zijn gebaseerd op de vijf- en zesledige ring van purine en cytosine, thymine en uracil op de aromatische zesring van pyrimidine, kunnen worden gecombineerd met de monosaccharide ribose of deoxyribose N-glycoside. De hydroxylgroep (-OH) op C-atoom 1 van de pentose reageert met de aminogroep (-NH2) van de nucleïnezuurbase, waardoor een H2O-molecuul wordt gevormd en afgesplitst. Wanneer een ribose- of deoxyribose-residu wordt gehecht, wordt adenine omgezet in adenosine of deoxyadenosine.

Analoog wordt de purinebase guanine omgezet in guanosine of deoxyguanosine. De drie purinebasen thymine, cytosine en uracil worden omgezet in thymidine, cytidine en uridine door de toevoeging van het ribose-residu of krijgen het voorvoegsel "deoxy-" als het suikerresidu uit deoxyribose bestaat. Daarnaast zijn er een aantal gemodificeerde nucleosiden, waarvan sommige een rol spelen bij transfer DNA (tDNA) en in ribosomaal RNA (rRNA).

Kunstmatig geproduceerde, gemodificeerde nucleosiden, zogenaamde nucleoside-analogen, werken b.v. T.als antivirale middelen en worden specifiek gebruikt om retrovirussen te bestrijden. Sommige nucleoside-analogen hebben een cytostatisch effect, dus worden ze gebruikt om bepaalde kankercellen te bestrijden.

Functie, effect en taken

Een van de belangrijkste functies van de vijf basisnucleosiden is om door toevoeging van een fosfaatgroep aan de pentose omgezet te worden in nucleotiden en om de bouwstenen van DNA en RNA als nucleotiden te vormen.

Sommige nucleosiden nemen ook taken op zich bij de katalyse van bepaalde metabolische processen in gewijzigde vorm. Zo dient de zogenaamde "actieve methionine" (S-adenosylmethionine) als donor van methylgroepen. In sommige gevallen functioneren nucleosiden ook in hun nucleotidevorm als bouwstenen van groep-overdragende co-enzymen. Voorbeelden hiervan zijn riboflavine (vitamine B2), dat als precursor dient voor veel co-enzymen en dus een centrale rol speelt in veel stofwisselingsprocessen.

In de energievoorziening van de cellen speelt adenosine een zeer belangrijke rol als adeninedifosfaat (ADP) en als adenosinetrifosfaat (ATP). ATP kan worden omschreven als een universele energiedrager en dient ook als fosfaatdonor in een groot aantal metabolische processen waarbij fosforylering betrokken is. Guanosinetrifosfaat (GTP) is de energiedrager in de zogenaamde citraatcyclus in de mitochondriën. Nucleotiden maken ook deel uit van co-enzym A en vitamine B12.

De nucleosiden uridine en cytidine worden in combinatie gebruikt als geneesmiddelen voor de behandeling van zenuwontsteking en spierziekten. Het middel wordt bijvoorbeeld gebruikt tegen zenuwwortelontsteking op de wervelkolom en in de lumbago. Gemodificeerde nucleosiden, zogenaamde nucleoside-analogen, tonen z. T. virostatische effecten tegen retrovirussen. Ze worden gebruikt in medicijnen die worden gebruikt tegen z. B. tegen het herpes simplex-virus en tegen HI-virussen. Andere nucleoside-analogen met cytostatische effecten spelen een rol in de strijd tegen kanker.

Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden

Nucleosiden zijn uitsluitend samengesteld uit koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof. Alle stoffen zijn praktisch overal op aarde in overvloed aanwezig. Spoorelementen en zeldzame mineralen zijn niet nodig voor de constructie van nucleosiden. Het lichaam synthetiseert nucleosiden echter niet helemaal opnieuw, omdat de synthese complex is en veel energie verbruikt.

Het menselijk lichaam neemt daarom de tegenovergestelde weg, het verkrijgt voornamelijk nucleosiden uit afbraakprocessen in het tussenliggende purine- en pyrimidinemetabolisme (bergingsroute). Nucleosiden nemen deel aan een groot aantal enzymatisch-katalytische metabolische processen in hun zuivere vorm of in gefosforyleerde vorm als nucleotiden. Bijzonder opmerkelijk 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.

Tijdens cycli vinden processen plaats in de mitochondria van de cellen. Omdat nucleosiden vrijwel altijd in gebonden vorm of als functiedrager in vrijwel alle lichaamscellen in grote hoeveelheden aanwezig zijn, is er geen algemene grens- of richtwaarde voor een optimale concentratie. Het bepalen van de concentratie van bepaalde nucleosiden of nucleotiden in het bloedplasma kan nuttig zijn voor diagnose en differentiële diagnose.

Ziekten en aandoeningen

Nucleosiden zijn een actief onderdeel van veel stofwisselingsprocessen en hun functies kunnen slechts zelden afzonderlijk worden bekeken. Bij storingen gaat het meestal om complexe enzymatisch-katalytische processen die op bepaalde punten worden onderbroken of geremd en tot bijbehorende symptomen leiden.

Ziekten die metabole afwijkingen van de nucleosiden veroorzaken, hebben meestal ook invloed op het purine- of pyrimidinemetabolisme, omdat de vijf basenucleosiden ofwel een purine- ofwel een pyrimidineskelet hebben. 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 ontbreken van enzymen verhindert de recycling van bepaalde nucleobasen, waardoor er een cumulatieve ophoping van hypoxanthine en guanine ontstaat.

Dit veroorzaakt op zijn beurt hyperurikemie, een verhoogde urinezuurspiegel, die tot jicht leidt. Het verhoogde urinezuurniveau leidt tot afzettingen op gewrichten en peesmantels, wat pijnlijke symptomen kan veroorzaken. Een zeer zeldzame erfelijke ziekte manifesteert zich in adenylosuccinaatlyasedeficiëntie, wat leidt tot problemen met het purinemetabolisme. De ziekte leidt tot spiertrekkingen en een vertraagde, ernstige ontwikkeling van het kind.