URACIL: SZERKEZET, FUNKCIÓK, TULAJDONSÁGOK, SZINTÉZIS - BIOLÓGIA - 2025

Az uracil egy pirimidin-nukleobáz típusú, amely a ribonukleinsavban (RNS) található. Ez az egyik olyan tulajdonság, amely megkülönbözteti az RNS-t a dezoxiribonukleinsavtól (DNS), mivel az utóbbiban uracil helyett timint tartalmaz. Mindkét anyag, az uracil és a timin csak abban különbözik egymástól, hogy az utóbbi metilcsoporttal rendelkezik.

Evolúciós szempontból azt javasolták, hogy az RNS volt az első olyan molekula, amely genetikai információt tárolt és katalizátorként működött a sejtekben, a DNS és az enzimek előtt. Emiatt úgy gondolják, hogy az uracil kulcsszerepet játszott az élet fejlődésében.

Forrás: Kemikungen

Az élőlényekben az uracil nem található szabad formában, de általában nukleotidokat alkot, a monofoszfátot (UMP), a difoszfátot (UDP) és a trifoszfátot (UTP). Ezeknek az uracil-nukleotidoknak különböző funkciói vannak, mint például RNS és glikogén bioszintézis, cukrok izomer interkonverziója és a glutamin szintáz szabályozása.

Felépítés és tulajdonságok

Uracil, úgynevezett 2,4-dioxypyridine, tapasztalati képlete C ₄ H ₄ N ₂ O ₂, amelynek molekulatömege 112,09 g / mol, és tisztítjuk, fehér por formájában.

Az uridin szerkezete heterociklusos gyűrű, amely négy szénatomot és két nitrogénatomot tartalmaz, váltakozó kettős kötésekkel. Sík.

Oldékonysága 50 mg / ml, 25 ° C-on, 1 M nátrium-hidroxidban, és a pKa 7,9 és 8,2 között van. A hullámhossz, ahol a legnagyobb abszorbancia (ʎ _max) bekövetkezik, 258 és 260 nm között van.

bioszintézise

A pirimidin nukleotid bioszintézisének közös útja van (uracil és citokin). Az első lépés a bioszintézisének karbamil-foszfát-CO ₂ és NH ₄ ⁺, által katalizált karbamoil-foszfát-szintetáz.

A pirimidint karboxil-foszfátból és aszpartátból állítják elő. Mindkét anyag reakcióba lép, és N-karbamoil-aszpartátot képez, amelyet aszpartát-transzkaba-amiláz (ATCase) katalizál. A pirimidin-gyűrű bezáródását a dihidrootáz által katalizált dehidráció okozza, és L-dihidrohorotátot állít elő.

Az L-dihidroratotát oxidálódik és orotáttá alakul; az elektron elfogadója NAD ⁺. Ez egy dihidroorotát-dehidrogenáz által katalizált reakció. A következő lépés a foszforibozil-csoportnak a foszforibozil-pirofoszfátból (PRPP) az orotátumba történő átviteléből áll. Orotidilátot (OMP) és szervetlen pirofoszfátot (PPi) képez, amelyet orotát-foszforibozil-transzferáz katalizál.

Az utolsó lépés az orotidilát (OMP) pirimidin-gyűrűjének dekarboxilezéséből áll. Uridilátot (uridin-5′-monofoszfátot, UMP) képez, amelyet egy dekarboxiláz katalizál.

Ezután egy kináz részvételével a foszfátcsoportot az ATP-ből az UMP-be továbbítják, UDP-t (uridin-5′-difoszfát) képezve. Az utóbbi megismétlődik, és UTP-t (uridin-5′-trifoszfát) képez.

A bioszintézis szabályozása

A baktériumokban a pirimidin bioszintézisének szabályozása negatív visszacsatolással történik, az aszpartát transzkaba-amiláz (ATCase) szintjén.

Ezt az enzimet a CTP (citidin-5′-trifoszfát) gátolja, amely a pirimidin bioszintézis útjának végterméke. Az ATCase rendelkezik olyan alegységekkel, amelyek kötődnek az alloszterikus szabályozó CTP-hez.

Állatokban a pirimidin bioszintézisének szabályozása negatív visszacsatolásokon keresztül történik, két enzim szintjén: 1) karbamoil-foszfát szintáz II, amelyet az UTP gátol, az ATP és a PRPP aktiválja; és 2) OMP-dekarboxiláz, amelyet gátolja a reakció által katalizált termék, UMP. Az OMP bioszintézisének sebessége a PRPP elérhetőségétől függ.

Szerep az RNS bioszintézisében

Az uracil minden típusú RNS-ben megtalálható, mint például a messenger RNS (mRNS), a transzfer RNS (tRNS) és a riboszómális RNS (rRNS). Ezen molekulák bioszintézise egy transzkripciónak nevezett folyamaton keresztül történik.

A transzkripció során a DNS-ben lévő információt RNS-polimeráz másolja az RNS-be. Néhány vírusban és növényben fordított transzkriptázzal fordul elő a fordított folyamat, amelyben az RNS-ben lévő információt DNS-re másolják.

Az RNS bioszintéziséhez nukleozid-trifoszfát (NTP) szükséges, nevezetesen: uridin-trifoszfát (UTP), citidin-trifoszfát (CTP), 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.

Szerepe a cukrok bioszintézisében

A cukor-észterek nagyon gyakoriak az élő szervezetekben. Ezen észterek némelyike ​​a nukleozid-észter-difoszfátok, például UDP-cukrok, amelyek a sejtekben nagyon gazdagok. Az UDP-cukrok részt vesznek a diszacharidok, oligoszacharidok és poliszacharidok bioszintézisében.

A növényekben a szacharóz bioszintézise két úton történik: egy primer és egy másodlagos úton.

A fő út a D-glükóz átadása az UDP-D-glükózból a D-fruktózhoz, hogy szacharózt és UDP-t képezzen. A másodlagos út két lépésből áll: az UDP-D-glükózzal és a fruktóz-6-foszfáttal kezdődik, és szacharóz és foszfát képződésével ér véget.

Az emlőmirigyekben a laktóz-bioszintézis UDP-D-galaktózból és glükózból származik.

A növényekben a cellulóz bioszintézist a béta-D-glükozil-maradékok folyamatos kondenzációjával hajtják végre, az UDP-glükózról a növekvő poliglükóz-lánc nem redukáló végére. Hasonlóképpen, az amilóz és az amilopektin bioszintéziséhez UDP-glükóz szükséges glükóz donor szubsztrátként a növekedési lánchoz.

Állatokban mind az UDP-glükózt, mind az ADP-glükózt használják a glikogén bioszintéziséhez. Hasonlóképpen, a kondroitin-szulfát-bioszintézishez UDP-xilóz, UDP-galaktóz és UDP-glükuronát szükséges.

Szerepe a cukrok izomer interkonverziójában

A galaktóz glikolízis közbenső terméké alakulása a Leloir útvonalon történik. Ezen út egyik lépését az UDP-galaktóz-4-epimeráz enzim katalizálja, amely megkönnyíti az UDP-galaktóz UDP-glükózá történő átalakulását.

Szerep a glikoprotein bioszintézisében

A glikoprotein-bioszintézis során a fehérjék áthaladnak a Golgi-készülék cisz-, középső és transzzsákjain.

Ezen zsákok mindegyike tartalmaz enzimeket, amelyek feldolgozzák a glikoproteineket. Cukor-monomereket, például glükózt és galaktózt adunk a protein oligoszacharidjához UDP-hexózból és más nukleotidok-hexózból.

A hexóz nukleotidokat antiport segítségével szállítják a Golgi tartályaiba. Az UDP-galaktóz (UDP-Gal) és az UDP-N-acetil-galaktozin-amin (UDP-GalNAc) az UMP-hez cserélve a citoszol tartályaiba lépnek.

A Golgi-tartályban a foszfatáz az UDP foszfátcsoportját hidrolizálja, és UMP-t és Pi-t képez. Az UDP olyan reakciókból származik, amelyeket galaktozil-transzferáz és N-acetil-galaktosamil-transzferáz katalizál. A foszfatáz által képzett UMP a nukleotid-hexóz cserére szolgál.

Szerepe a glutamin-szintáz szabályozásában

A glutamin-szintáz szabályozó mechanizmusa a kovalens módosítás, amely adenilációt, amely inaktiválja, és dedenilációt, amely aktiválja. Ez a kovalens módosítás megfordítható és az adenyltranszferáz katalizálja.

Az adenil-transzferáz aktivitást a PII fehérje kötődése modulálja, amelyet kovalens módosítás, uridiniláció szabályozza.

Az uridilezést és a deuridilezést mind az uridil-transzferáz hajtja végre. Ebben az enzimben az uridilációs aktivitás a glutaminnak és a foszfátnak köszönhető, és az alfa-ketoglutarát és az ATP PII-hez történő kötésével aktiválódik.

Szerep az RNS szerkesztésében

Néhány mRNS-t szerkesztés előtt szerkesztünk. Néhány eukarióta organizmusban, például a Trypanosoma brucei, a citokróm-oxidáz II alegység génátírása RNS-szerkesztéssel rendelkezik. Ez az uracilmaradékok beillesztésével történik, mely reakciót a terminális uridiltranszferáz katalizálja.

A szerkesztett termékhez kiegészítő útmutató RNS mint sablon szolgál a szerkesztési folyamathoz. A kezdeti transzkriptum és a vezető RNS között képződött bázispárok olyan G = U bázispárokat tartalmaznak, amelyek nem Watson-Crick, és amelyek általánosak az RNS-ben.

UDP-glükóz bioszintézis

Fiziológiai körülmények között a glikogén glükóz-1-foszfátból történő bioszintézise termodinamikailag lehetetlen (ΔG pozitív). Emiatt a bioszintézis előtt a glükóz-1-foszfát (G1P) aktiválódik. Ez a reakció egyesíti a G1P-t és az UTP-t uridin-difoszfát-glükóz (UDP-glükóz vagy UDPG) előállításához.

A reakciót UDP-glükóz-pirofoszforiláz katalizálja, és a következő:

G1P + UTP -> UDP-glükóz + 2Pi.

A Gibbs-féle energiaváltozás ebben a lépésben nagy és negatív (-33,5 KJ / mol). Az oxigénnel történő reakció során a G1P megtámadja az UTP alfa-foszfor-atomját, és UDP-glükózt és szervetlen pirofoszfátot (PPi) képez. Ezután a PPi-t egy szervetlen pirofoszfatázzal hidrolizálják, amelynek hidrolízis-energiája irányítja az általános reakciót.

Az UDP-glükóz "nagy energiájú" anyag. Ez lehetővé teszi a glikozidkötések kialakítását a glükózmaradék és a növekvő poliszacharidlánc között. Ugyanez az energikus elv alkalmazható az olyan reakciókban is, amelyekben az UDP-cukrok részt vesznek, mint például a diszacharidok, oligoszacharidok és glikoproteinek bioszintézise.

Uracil DNS glikoziláz

Vannak olyan DNS-léziók, amelyek spontán módon fordulnak elő. Ezen sérülések egyike a citokin spontán deaminálása és ennek következtében uracilsá történő átalakulása. Ebben az esetben a helyreállítás úgy történik, hogy a módosított bázist a DNS-ből egy uracil DNS-glikoziláznak nevezett enzimmel távolítják el.

Az uracil DNS-glikoziláz enzim eltávolítja a sérült citokint (uracil), és olyan dezoxiribóz-maradékot hoz létre, amelyben nincs nitrogénbázis, úgynevezett AP-helynek nevezik (apurin-apyrimidinic hely).

Az AP endonukleáz enzim ezután átvágja az AP hely foszfodiészter gerincét, eltávolítva a cukor-foszfát maradékot. I DNS-polimeráz helyreállítja a sérült szálot.

Irodalom

1. Bohinski, R. 1991. Biokémia. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
2. Devlin, TM 2000. Biokémia. Szerkesztõi Reverté, Barcelona.
3. 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.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - A biokémia alapelvei. WH Freeman, New York.
5. Voet, D. és Voet, J., 2004. Biochemistry. John Wiley and Sons, USA.