CITOSĪNS: STRUKTŪRA, FUNKCIJAS, ĪPAŠĪBAS, SINTĒZE - BIOLOĢIJA - 2025

Citozīns ir pirimidīna nukleobāze tips, kas kalpo par biosintēzes citidīna-5'-monofosfāta un dezoksicitidīnkināze 5'-monofosfāta. Šie savienojumi kalpo attiecīgi dezoksiribonukleīnskābes (DNS) un ribonukleīnskābes (RNS) biosintēzei. DNS glabā ģenētisko informāciju, un RNS ir dažādas funkcijas.

Dzīvās situācijās citozīns netiek atrasts, bet parasti veido ribonukleotīdus vai dezoksiribonukleotīdus. Abiem savienojumu veidiem ir fosfātu grupa, riboze un slāpekļa bāze.

Avots: Vesprcom

Ribozes ogleklim 2 ir hidroksilgrupa (-OH) ribonukleotīdos un ūdeņraža atoms (-H) dezoksiribonukleotīdos. Atkarībā no klāt esošo fosfātu grupu skaita ir citidīna-5′-monofosfāts (CMP), citidīna-5′-difosfāts (CDP) un citidīna-5′-trifosfāts (CTP).

Deoksigenētus ekvivalentus sauc par dezoksicididin-5′-monofosfātu (dCMP), dezoksicididin-5′-difosfātu (dCDP) un dezoksicididin-5′-trifosfātu (dCTP).

Citosīns dažādās formās piedalās dažādās funkcijās, piemēram, DNS un RNS biosintēzē, glikoproteīnu biosintēzē un gēnu ekspresijas regulēšanā.

Uzbūve un īpašības

Citosīnam, 4-amino-2-hidroksipirimidīnam, ir empīriska formula C ₄ H ₅ N ₃ O, kuras molekulmasa ir 111,10 g / mol, un to attīra kā baltu pulveri.

Citosīna struktūra ir plakans aromātisks heterociklisks gredzens. Maksimālās absorbcijas viļņa garums (ʎ _max ) ir 260 nm. Citosīna kušanas temperatūra pārsniedz 300ºC.

Lai izveidotu nukleotīdu, citozīns caur N-beta-glikozīda saiti caur kodolenti caur 1. slāpekli tiek savienots ar ribozes 1 ′ oglekli. 5 ′ oglekļa esterificēts ar fosfātu grupu.

Biosintēze

Pirimidīnu nukleotīdu biosintēzei ir kopīgs ceļš, kas sastāv no sešām enzīmu katalizētām pakāpēm. Ceļš sākas ar karbamoilfosfāta biosintēzi. Prokariotos ir tikai viens enzīms: karbamoilfosfāta sintāze. Tas ir atbildīgs par pirimidīnu un glutamīna sintēzi. Eikariotos ir I un II karbamoilfosfāta sintāze, kas attiecīgi ir atbildīgi par glutamīna un pirimidīnu biosintēzi.

Otrais solis sastāv no N-karbamoilazilāta veidošanās no karboksifosfāta un aspartāta, reakciju, ko katalizē aspartāta transkaboamilāze (ATCase).

Trešais solis ir L-dihidrorotāta sintēze, kas izraisa pirimidīna gredzena slēgšanu. Šo posmu katalizē dihidrootāze.

Ceturtais solis ir orotāta veidošanās, kas ir redoksreakcija, ko katalizē dihidroorotāta dehidrogenāze.

Piektais solis sastāv no orotidilāta (OMP) veidošanas, izmantojot substrātu fosforibosilpirofosfātu (PRPP), un kā katalizatoru - orotate fosforibosiltransferāzi.

Sestais solis ir uridilāta (uridin-5′-monofosfāta, UMP) veidošanās, reakcija, ko katalizē OMP-dekarboksilāze.

Nākamās darbības sastāv no UMP kināzes katalizētas fosforilēšanas, lai izveidotu UTP, un aminogrupas pārvietošana no glutamīna uz UTP, lai veidotu CTP - reakciju, ko katalizē CTP sintetāze.

Biosintēzes regulēšana

Zīdītājiem regulēšana notiek II karbamoilfosfāta sintāzes līmenī, kas ir ferments, kas atrodams citosolā, turpretī I karbamoilfosfāta sintāze ir mitohondrija.

Karbamoilfosfāta sintāzi II regulē negatīvas atsauksmes. Tās regulatori, UTP un PRPP, attiecīgi, ir šī enzīma inhibitori un aktivētāji.

Ne-aknu audos vienīgais karbamoilfosfāta avots ir II karbamoilfosfāta sintāze. Atrodoties aknās, amonjaka pārpalikuma apstākļos I karbamoilfosfāta sintēze mitohondrijos rada karbamoilfosfātu, kas tiek nogādāts citosolā, no kurienes tas nonāk pirimidīna biosintēzes ceļā.

Vēl viens regulēšanas punkts ir OMP-dekarboksilāze, ko regulē ar konkurences inhibīciju. Tā reakcijas produkts UMP konkurē ar OMP par OMP-dekarboksilāzes saistīšanās vietu.

Pirimidīni, tāpat kā citozīns, tiek pārstrādāti

Pirimidīnu pārstrādes funkcija ir atkārtoti izmantot pirimidīnus, neizmantojot de novo biosintēzi, un izvairoties no degradācijas ceļa. Pārstrādes reakciju katalizē pirimimidīna fosforibosiltransferāze. Vispārējā reakcija ir šāda:

Pirimidīns + PRPP -> pirimidīna nukleozīda 5′-monofosfāts + PPi

Mugurkaulniekiem pirimimidīna fosforibosiltransferāze ir atrodama eritrocītos. Šī fermenta substrāta pirimidīni ir uracils, timīns un orotāts. Citozīns tiek netieši pārstrādāts no uridīna-5′-monofosfāta.

Loma DNS biosintēzē

DNS replikācijas laikā informācija, kas atrodas DNS, tiek kopēta DNS ar DNS polimerāzes palīdzību.

RNS biosintēzei nepieciešams dezoksinukleotīdu trifosfāts (dNTP), proti: dezoksitimidīna trifosfāts (dTTP), dezoksicididīna trifosfāts (dCTP), dezoadenīna trifosfāts (dATP) un dezoksiguanīna trifosfāts (dGTP). Reakcija ir šāda:

(DNS) _{n atlikumi} + dNTP -> (DNS) _{n + 1} atlikumi + PPi

Neorganiskā pirofosfāta (PPi) hidrolīze nodrošina enerģiju RNS biosintēzei.

Loma DNS struktūras stabilizēšanā

Divkāršajā DNS spirālē vienpavedienu purīns ar ūdeņraža saitēm ir savienots ar pretējo pavedienu pirimidīnu. Tādējādi citozīns ar guanīnu vienmēr ir saistīts ar trim ūdeņraža saitēm: adenīns ar timīnu ir saistīts ar divām ūdeņraža saitēm.

Ūdeņraža saites tiek sabojātas, kad attīrīta dabīgā DNS šķīdumam, kura pH ir 7, tiek pakļauta temperatūrai virs 80 ºC. Tas izraisa DNS dubulto spirāli, veidojot divus atsevišķus virzienus. Šis process ir pazīstams kā denaturācija.

Temperatūru, kurā denaturējas 50% DNS, sauc par kušanas temperatūru (Tm). DNS molekulām, kuru guanīna un citozīna attiecība ir augstāka nekā timīna un adenīna attiecībām, ir augstākas Tm vērtības nekā tām, kuru bāzes attiecība ir apgriezta.

Iepriekš aprakstītais ir eksperimentāls pierādījums tam, ka lielāks skaits ūdeņraža saišu labāk stabilizē dabiskās DNS molekulas.

Citosīniem bagātu reģionu darbība DNS

Nesen tika atklāts, ka DNS no cilvēka šūnu kodola var pieņemt savstarpēji sadalītas motīvu (iM) struktūras. Šīs struktūras rodas reģionos, kas bagāti ar citozīnu.

IM struktūra sastāv no četrām DNS šķipsnām, atšķirībā no klasiskās divpakāpju DNS, kurai ir divas šķipsnas. Precīzāk, divas paralēlas dupleksa ķēdes ir savstarpēji sadalītas antiparalēlā orientācijā, un tās tur kopā ar hemiprotonētu citozīnu pāri (C: C ⁺ ).

Cilvēka genomā iM struktūras ir atrodamas tādos reģionos kā promotori un telomēri. Šūnu cikla G1 / S fāzē, kurā ir augsta transkripcija, iM struktūru skaits ir lielāks. Šie reģioni ir olbaltumvielu atpazīšanas vietas, kas iesaistītas transkripcijas iekārtas aktivizēšanā.

No otras puses, reģionos, kas bagāti ar secīgiem guanīna bāzes pāriem (C), dehidrējošos apstākļos DNS ir tendence iegūt A-spirāles formu. Šī forma ir raksturīga RNS un DNS-RNS dubultajām joslām transkripcijas un replikācijas laikā un noteiktos laikos, kad DNS ir piesaistīta olbaltumvielām.

Ir pierādīts, ka secīgi citozīna bāzes reģioni rada elektropozitīvu plāksteri galvenajā DNS spraugā. Tādējādi tiek uzskatīts, ka šie reģioni saistās ar olbaltumvielām, predisponējot noteiktus genoma reģionus ģenētiskai trauslumam.

Loma RNS biosintēzē

Transkripcijas laikā informāciju, kas atrodas DNS, RNS kopē RNS polimerāze. RNS biosintēzei nepieciešams nukleozīdu trifosfāts (NTP), proti: citidīna trifosfāts (CTP), uridīna trifosfāts (UTP), adenīna trifosfāts (ATP) un guanīna trifosfāts (GTP). Reakcija ir šāda:

(RNS) _{n atlikumi} + NTP -> (RNS) _{n + 1} atlikums + PPi

Neorganiskā pirofosfāta (PPi) hidrolīze nodrošina enerģiju RNS biosintēzei.

Loma glikoproteīnu biosintēzē

Heksožu secīga pārnešana, lai veidotu oligosaharīdus, O, kas saistīti ar olbaltumvielām, notiek no nukleotīdu prekursoriem.

Mugurkaulniekiem O-oligosaharīdu biosintēzes pēdējais posms sastāv no divu siātskābes atlikumu (N-acetilneuramīnskābes) pievienošanas no citidīna-5′-monofosfāta (CMP) prekursora. Šī reakcija notiek trans Golgi maisiņā.

Citozīna un vēža ķīmijterapijas procedūras

Tetrahidrofolātskābe (FH4) ir -CH ₃ grupu avots , un tā ir nepieciešama dTMP biosintēzei no dUMP. Turklāt veidojas FH2. FH2 reducēšanai līdz FH4 nepieciešama folātu un NADPH reduktāze. Daži folātu reduktāzes inhibitori, piemēram, aminopterīns un metotreksāts, tiek izmantoti vēža ārstēšanā.

Metotreksāns ir konkurējošs inhibitors. Folātu reduktāze saistās ar 100 reizes lielāku afinitāti pret šo inhibitoru nekā ar tā substrātu. Aminopterīns darbojas līdzīgi.

Folātu reduktāzes kavēšana netieši kavē dTMP un līdz ar to arī dCTP biosintēzi. Tiešo nomākšanu izraisa timidilāta sintetāzes enzīma inhibitori, kas katalizē dTMP no dUMP. Šie inhibitori ir 5-fluoruracils un 5-fluor-2-deoksiuridīns.

Piemēram, 5-fluoroacil pati par sevi nav inhibitors, bet pārstrādes ceļā to vispirms pārvērš deoksiuridīna mfosfātā d (FdUMP), kas saista un kavē timidilāta sintetāzi.

Vielas, kas ir analogi glutamīnam, azaserīnam un acivicīnam, kavē glutamīna amidotransferāzi. Azarīns bija viena no pirmajām vielām, kurai tika atklāts, ka tā darbojas kā pašnāvības inaktivators.

Atsauces

1. Assi, HA, Garavís, M., González, C., un Damha, MJ 2018. i-Motif DNS: struktūras pazīmes un nozīme šūnu bioloģijā. Nuclei Acids Research, 46: 8038-8056.
2. Bohinski, R. 1991. Bioķīmija. Addison-Wesley Iberoamericana, Vilmingtona, Delavēra.
3. Devlin, TM 2000. Bioķīmija. Redakcijas redakcija, Barselona.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Šūnu un molekulārā bioloģija. Redakcija Medica Panamericana, Buenosairesa, Bogota, Karakasa, Madride, Meksika, Sāo Paulo.
5. Nelsons, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - bioķīmijas principi. WH Freeman, Ņujorka.
6. Voet, D. un Voet, J. 2004. Bioķīmija. Džons Vilijs un dēli, ASV.