- Felépítés és tulajdonságok
- bioszintézise
- A bioszintézis szabályozása
- A pirimidineket, akárcsak a citozint, újrahasznosítják
- Szerepe a DNS bioszintézisében
- Szerepe a DNS szerkezetének stabilizálásában
- A citozinban gazdag régiók működése a DNS-ben
- Szerep az RNS bioszintézisében
- Szerep a glikoprotein bioszintézisében
- Citozin- és rákkemoterápiás kezelések
- Irodalom
A citozin egy pirimidin-nukleobáz típusú, amely a citidin-5'-monofoszfát és a dezoxi-citidin-5'-monofoszfát bioszintézisére szolgál. Ezek a vegyületek a dezoxiribonukleinsav (DNS) és a ribonukleinsav (RNS) bioszintéziséhez szolgálnak. A DNS tárolja a genetikai információkat, és az RNS különböző funkciókkal rendelkezik.
Az élő dolgokban a citozin nem található szabadon, de általában ribonukleotidokat vagy dezoxiribonukleotidokat képez. Mindkét típusú vegyület tartalmaz foszfátcsoportot, ribozt és nitrogénbázist.
Forrás: Vesprcom
A ribóz szénatomjának hidroxilcsoportja (-OH) a ribonukleotidokban, és hidrogénatomja (-H) a dezoxiribonukleotidokban. A jelen levő foszfátcsoportok számától függően a citidin-5′-monofoszfát (CMP), a citidin-5′-difoszfát (CDP) és a citidin-5′-trifoszfát (CTP) található.
A deoxigénezett ekvivalensek dezoxi-citidin-5′-monofoszfát (dCMP), dezoxi-citidin-5′-difoszfát (dCDP) és dezoxi-citidin-5′-trifoszfát (dCTP).
A citozin különböző formáiban különböző funkciókban vesz részt, mint például a DNS és RNS bioszintézisében, a glikoprotein bioszintézisében és a gén expressziójának szabályozásában.
Felépítés és tulajdonságok
Citozin, 4-amino-2-hidroxi-pirimidin, tapasztalati képlete C 4 H 5 N 3 O, amelynek molekulatömege 111,10 g / mol, és tisztítjuk, fehér por formájában.
A citozin szerkezete sík aromás heterociklusos gyűrű. A maximális abszorbancia hullámhossza (ʎ max) 260 nm. A citozin olvadási hőmérséklete meghaladja a 300ºC-ot.
Nukleotid kialakításához a citozint az 1. nitrogénen keresztül egy N-béta-glikozid-kötésen keresztül kovalensen kötik a ribóz 1 'szénatomjához. Az 5 'szén foszfátcsoporttal észterezett.
bioszintézise
A pirimidinek nukleotidbioszintézisének közös útja van, amely hat enzim-katalizált lépésből áll. Az út a karbamoil-foszfát bioszintézissel kezdődik. A prokariótákban csak egy enzim található: a karbamoil-foszfát-szintáz. Ez felelős a pirimidinek és a glutamin szintéziséért. Az eukariótákban vannak karbamoil-foszfát-szintáz I és II, amelyek felelősek a glutamin és a pirimidinek bioszintéziséért.
A második lépés az N-karbamoil-aszpartát képzése karboxil-foszfátból és aszpartátból, amelyet aszpartát-transzkaba-amiláz (ATCase) katalizál.
A harmadik lépés az L-dihidro-szerotát szintézise, amely a pirimidin gyűrű bezáródását okozza. Ezt a lépést dihidrootáz katalizálja.
A negyedik lépés az orotát képződése, amely egy redox reakció, amelyet dihidroorotát dehidrogenáz katalizál.
Az ötödik lépés az orotidilát (OMP) képződéséből áll, foszforibozil-pirofoszfát (PRPP) felhasználásával szubsztrátként, és orotát-foszforibozil-transzferáz katalizátorként történő alkalmazásával.
A hatodik lépés uridilát (uridin-5′-monofoszfát, UMP) képződése, amelyet egy OMP-dekarboxiláz katalizál.
A következő lépések tartalmazzák az UMP foszforilációját, amelyet kinázok katalizálnak, hogy UTP képződjenek, és egy aminocsoport átvitelét a glutaminról az UTP-re, hogy CTP-ként képezzék. Ez egy olyan reakció, amelyet a CTP szintetáz katalizál.
A bioszintézis szabályozása
Emlősökben a szabályozás a citoszolban található enzim, a karbamoil-foszfát II szintáz szintjén zajlik, míg az I. karbamoil-foszfát szintáz mitokondriális.
A II karbamoil-foszfát-szintázt negatív visszacsatolás szabályozza. Szabályozóik, az UTP és a PRPP gátolják és aktiválják ezt az enzimet.
A nem hepatikus szövetekben a karbamoil-foszfát II. Szintáz az egyetlen karbamoil-foszfát forrás. Míg a májban az ammóniafelesleg körülményei között az I karbamoil-foszfát-szintáz a mitokondriumokban karbamoil-foszfátot termel, amelyet a citoszolba szállítanak, ahonnan bejut a pirimidin bioszintézis útjába.
A szabályozás másik pontja az OMP-dekarboxiláz, amelyet kompetitív gátlás szabályoz. Reakciós terméke, az UMP, az OMP-vel verseng az OMP-dekarboxiláz kötőhelyéért.
A pirimidineket, akárcsak a citozint, újrahasznosítják
A pirimidinek újrahasznosítása arra szolgál, hogy a pirimidineket újrafelhasználják anélkül, hogy de novo bioszintézisre lenne szükség, és elkerülnék a lebomlási utat. Az újrahasznosítási reakciót pirimimidin-foszforiboszil-transzferáz katalizálja. Az általános reakció a következő:
Pirimidin + PRPP -> pirimidin nukleozid 5′-monofoszfát + PPi
A gerinces állatokban a pirimimidin-foszforiboszil-transzferáz található az eritrocitákban. Ezen enzim szubsztrát pirimidinjei az uracil, a timin és az orotát. A citozint közvetett módon újrahasznosítják az uridin-5′-monofoszfátból.
Szerepe a DNS bioszintézisében
A DNS replikációja során a DNS-ben lévő információkat egy DNS-polimeráz másolja a DNS-be.
Az RNS bioszintéziséhez deoxinukleotid-trifoszfát (dNTP) szükséges, nevezetesen: dezoxi-timidin-trifoszfát (dTTP), dezoxi-citidin-trifoszfát (dCTP), deoxiadenin-trifoszfát (dATP) és dezoxyguanine-trifoszfát (dGTP). A reakció:
(DNS) n maradék + dNTP -> (DNS) n + 1 maradék + PPi
A szervetlen pirofoszfát (PPi) hidrolízise biztosítja az energiát az RNS bioszintéziséhez.
Szerepe a DNS szerkezetének stabilizálásában
A DNS kettős spirálban az egyszálú purint hidrogénkötések kötik össze az ellenkező szálú pirimidinnel. Tehát a citozin mindig három hidrogénkötéssel kapcsolódik a guaninnal: az adenin két hidrogénkötéssel kapcsolódik a timinnel.
A hidrogénkötések megszakadnak, ha a tisztított natív DNS oldatát (pH = 7) 80 ºC feletti hőmérsékleten tartják. Ez azt eredményezi, hogy a DNS kettős spirál két különálló szálot képez. Ezt a folyamatot denaturációnak nevezik.
Az a hőmérséklet, amelyen a DNS 50% -a denaturálódik, az olvadási hőmérséklet (Tm) néven ismert. Azok a DNS-molekulák, amelyek guanin és citozin aránya nagyobb, mint a timiné és az adeniné, magasabb Tm-értékekkel rendelkeznek, mint azoknál, amelyek bázisaránya inverz.
A fentebb leírt kísérleti bizonyítékként szolgál arra, hogy több hidrogénkötés stabilizálja jobban a natív DNS-molekulákat.
A citozinban gazdag régiók működése a DNS-ben
Nemrégiben azt találták, hogy az emberi sejtek magjából származó DNS átfedő motívum (iM) szerkezeteket fogadhat el. Ezek a struktúrák a citozinban gazdag régiókban fordulnak elő.
Az iM szerkezete négy DNS-szálból áll, ellentétben a klasszikus kétszálú DNS-sel, amely két szálból áll. Pontosabban, két párhuzamos duplex lánc egymással szemben van párhuzamosan és egymás mellett tartják egymást egy hemiprotonált citozin (C: C +).
Az emberi genomban az iM struktúrák olyan régiókban találhatók, mint például a promóterek és a telomerek. Az iM struktúrák száma nagyobb a sejtciklus G1 / S fázisában, amelyben magas a transzkripció. Ezek a régiók fehérjefelismerő helyek, amelyek részt vesznek a transzkripciós gépek aktiválásában.
Másrészt az egymást követő guanin-bázispárokban (C) gazdag régiókban a DNS hajlamos az A-hélix alak kialakulására dehidratáló körülmények között. Ez az alak jellemző az RNS és a DNS-RNS kettős sávokra transzkripció és replikáció során, valamint bizonyos időpontokban, amikor a DNS fehérjékhez kötődik.
Kimutatták, hogy a citozin egymást követő alapterületei elektropozitív tapaszt képeznek a DNS fő hasadékában. Tehát ezeknek a régióknak úgy gondolják, hogy kötődnek a fehérjékhez, és hajlamosak bizonyos genetikai régiók genetikai törékenységére.
Szerep az RNS bioszintézisében
A transzkripció során a DNS-ben lévő információt RNS-polimeráz másolja az RNS-be. Az RNS bioszintéziséhez nukleozid-trifoszfát (NTP) szükséges, nevezetesen: citidin-trifoszfát (CTP), uridin-trifoszfát (UTP), adenin-trifoszfát (ATP) és guanin-trifoszfát (GTP). A reakció:
(RNS) n maradék + NTP -> (RNS) n + 1 maradék + PPi
A szervetlen pirofoszfát (PPi) hidrolízise biztosítja az energiát az RNS bioszintéziséhez.
Szerep a glikoprotein bioszintézisében
A hexózok egymást követő transzferje oligoszacharidok kialakításához, amelyek O-hoz kapcsolódnak a proteinekhez, nukleotid prekurzorokból történik.
A gerincesekben az O-kapcsolt oligoszacharid-bioszintézis utolsó lépése két sziálsav maradék (N-acetilneuraminsav) hozzáadása a citidin-5′-monofoszfát (CMP) prekurzorból. Ez a reakció a transz Golgi zsákban fordul elő.
Citozin- és rákkemoterápiás kezelések
A tetrahidrofolát sav (FH4) egyik forrása a -CH 3 csoport, és szükséges a bioszintézis dTMP a dUMP-. Ezen felül FH2 képződik. Az FH2 redukciója FH4-re a folát és a NADPH reduktázát igényli. Néhány folát-reduktáz-gátlót, például az aminopterint és a metotrexátot használják a rákkezelésben.
A metotrexan kompetitív inhibitor. A folát-reduktáz 100-szor nagyobb affinitással kötődik ehhez az inhibitorhoz, mint szubsztrátjához. Az aminopterin hasonló módon működik.
A folát-reduktáz gátlása közvetett módon gátolja a dTMP, tehát a dCTP bioszintézisét. A közvetlen gátlást a timidilát-szintetáz enzim gátlói képezik, amelyek a dTMP-t a dUMP-ból katalizálják. Ezek az inhibitorok az 5-fluor-uracil és az 5-fluor-2-dezoxiuridin.
Például az 5-fluoroacil önmagában nem inhibitor, hanem az újrahasznosítási útvonalon először dezoxiuridin-foszfáttá (FdUMP) konvertálódik, amely a timidilát-szintetázhoz kötődik és gátolja.
A glutaminnal, azaserinnel és acivicinnel analóg anyagok gátolják a glutamin amidotranszferázt. Az Azarin volt az első olyan anyagok közül, amelyek felfedezték öngyilkosság-inaktivátorként.
Irodalom
- Assi, HA, Garavís, M., González, C. és Damha, MJ, 2018. i-Motif DNS: szerkezeti jellemzők és jelentőség a sejtbiológiában. Nuclei Acids Research, 46: 8038-8056.
- Bohinski, R. 1991. Biokémia. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
- Devlin, TM 2000. Biokémia. Szerkesztõi Reverté, Barcelona.
- Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Celluláris és molekuláris biológia. Szerkesztői Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexikó, Sāo Paulo.
- Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - A biokémia alapelvei. WH Freeman, New York.
- Voet, D. és Voet, J., 2004. Biochemistry. John Wiley and Sons, USA.