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

Uracila pirimidīna nukleobāze tips, atrasts ribonukleīnskābes (RNS). Šī ir viena no īpašībām, kas atšķir RNS no dezoksiribonukleīnskābes (DNS), jo pēdējās uracila vietā ir timīns. Abas vielas, uracils un timīns, atšķiras tikai ar to, ka pēdējam ir metilgrupa.

No evolūcijas viedokļa tika ierosināts, ka RNS bija pirmā molekula, kas pirms DNS un fermentiem glabāja ģenētisko informāciju un darbojās kā katalizators šūnās. Tāpēc tiek uzskatīts, ka uracilam ir bijusi galvenā loma dzīves evolūcijā.

Avots: Kemikungen

Dzīvajās lietās uracils nav atrodams brīvā formā, bet parasti veido nukleotīdus monofosfātu (UMP), difosfātu (UDP) un trifosfātu (UTP). Šiem uracila nukleotīdiem ir dažādas funkcijas, piemēram, RNS un glikogēna biosintēze, cukuru izomēru savstarpēja pārvēršana un glutamīna sintāzes regulēšana.

Uzbūve un īpašības

Uracilam, ko sauc par 2,4-dioksipiridīnu, ir empīriska formula C ₄ H ₄ N ₂ O ₂ , kuras molekulmasa ir 112,09 g / mol, un tā ir attīrīta kā balts pulveris.

Uridīna struktūra ir heterociklisks gredzens ar četriem oglekļa atomiem un diviem slāpekļa atomiem ar mainīgām divkāršām saitēm. Tas ir plakans.

Tā šķīdība 25 ° C temperatūrā ir 50 mg / ml 1 M nātrija hidroksīdā, un pKa ir no 7,9 līdz 8,2. Viļņa garums, kurā notiek tā maksimālā absorbcija (ʎ _max ), ir no 258 līdz 260 nm.

Biosintēze

Pastāv kopīgs pirimidīna nukleotīdu biosintēzes ceļš (uracils un citokīns). Pirmais solis ir karbamoilfosfāta biosintēze no CO ₂ un NH ₄ ⁺ , ko katalizē karbamoilfosfāta sintetāze.

Pirimidīns ir veidots no karboksifosfāta un aspartāta. Abas vielas reaģē un veido N-karbamoilazpartātu - reakciju, ko katalizē aspartāta transkaboamoilāze (ATCase). Pirimidīna gredzena slēgšanu izraisa dehidratācija, ko katalizē dihidrootāze, un tas rada L-dihidrohorotātu.

L-dihidrorototāts tiek oksidēts un pārvērsts orotātā; elektronu akceptors ir NAD ⁺ . Tā ir reakcija, ko katalizē dihidroorotāta dehidrogenāze. Nākamais solis sastāv no fosforibosilgrupas pārvietošanas no fosforibosilpirofosfāta (PRPP) uz orotātu. Tas veido orotidilātu (OMP) un neorganisko pirofosfātu (PPi), katalizējot ar orotāta fosforibosiltransferāzi.

Pēdējais solis sastāv no orotidilāta (OMP) pirimidīna gredzena dekarboksilēšanas. Tas veido uridilātu (uridin-5′-monofosfātu, UMP), ko katalizē dekarboksilāze.

Pēc tam, piedaloties kināzei, fosfātu grupa tiek pārnesta no ATP uz UMP, veidojot UDP (uridīna-5′-difosfātu). Pēdējais tiek atkārtots, veidojot UTP (uridin-5′-trifosfātu).

Biosintēzes regulēšana

Baktērijās pirimidīna biosintēzes regulēšana notiek ar negatīvu atgriezenisko saiti aspartāta transkaboamoilāzes (ATCase) līmenī.

Šo enzīmu kavē CTP (citidīna-5′-trifosfāts), kas ir pirimidīna biosintētiskā ceļa gala produkts. ATCase ir regulējošās apakšvienības, kas saistās ar allosterisko regulatoru CTP.

Dzīvniekiem pirimidīna biosintēzes regulēšana notiek ar negatīvu atgriezenisko saiti divu fermentu līmenī: 1) II karbamoilfosfāta sintāze, kuru kavē UTP un aktivizē ATP un PRPP; un 2) OMP dekarboksilāze, ko kavē reakcijas produkts, ko tā katalizē, UMP. OMP biosintēzes ātrums mainās atkarībā no PRPP pieejamības.

Loma RNS biosintēzē

Uracils ir sastopams visos RNS veidos, piemēram, Messenger RNS (mRNA), RNS pārnesē (tRNA) un ribosomālajā RNS (rRNS). Šo molekulu biosintēze notiek caur procesu, ko sauc par transkripciju.

Transkripcijas laikā informāciju, kas atrodas DNS, RNS kopē RNS polimerāze. Apgrieztais process, kurā RNS ietvertā informācija tiek kopēta DNS, dažos vīrusos un augos notiek ar reversās transkriptāzes palīdzību.

RNS biosintēzei nepieciešams nukleozīdu trifosfāts (NTP), proti: uridīna trifosfāts (UTP), citidīna trifosfāts (CTP), 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 cukuru biosintēzē

Cukura esteri ir ļoti izplatīti dzīvos organismos. Daži no šiem esteriem ir nukleozīdu esteru difosfāti, piemēram, UDP cukuri, kas šūnās ir ļoti bagātīgi. UDP cukuri piedalās disaharīdu, oligosaharīdu un polisaharīdu biosintēzē.

Augos saharozes biosintēze notiek pa diviem ceļiem: primāro un sekundāro.

Galvenais ceļš ir D-glikozes pārnešana no UDP-D-glikozes uz D-fruktozi, veidojot saharozi un UDP. Sekundārajā ceļā ietilpst divi posmi: tas sākas ar UDP-D-glikozi un fruktozes-6-fosfātu un beidzas ar saharozes un fosfāta veidošanos.

Piena dziedzeros laktozes biosintēze notiek no UDP-D-galaktozes un glikozes.

Augos celulozes biosintēzi veic, nepārtraukti kondensējot beta-D-glikozilgrupas atlikumus, sākot no UDP-glikozes līdz augošās poliglikozes ķēdes nesamazinošajam galam. Tāpat amilozes un amilopektīna biosintēzei nepieciešama UDP-glikoze kā glikozes donora substrāts augošajā ķēdē.

Dzīvniekiem glikogēna biosintēzei izmanto gan UDP glikozi, gan ADP glikozi. Līdzīgi hondroitīna sulfāta biosintēzei nepieciešama UDP-ksiloze, UDP-galaktoze un UDP-glikuronāts.

Loma cukuru izomēru savstarpējā pārvēršanā

Galaktozes pārvēršana par glikolīzes starpproduktu notiek caur Leloir ceļu. Vienu no šī ceļa posmiem katalizē enzīms UDP-galaktoze-4-epimerāze, kas atvieglo UDP-galaktozes savstarpēju pārveidošanu par UDP-glikozi.

Loma glikoproteīnu biosintēzē

Glikoproteīnu biosintēzes laikā olbaltumvielas šķērso Golgi aparāta cis, vidējo un trans maisiņus.

Katrā no šiem maisiņiem ir fermentu komplekts, kas apstrādā glikoproteīnus. Cukura monomērus, piemēram, glikozi un galaktozi, pievieno olbaltumvielu oligosaharīdam no UDP-heksozes un citiem nukleotīdiem-heksozes.

Heksozes nukleotīdi tiek transportēti uz Golgi cisternām, izmantojot antiportu. UDP-galaktoze (UDP-Gal) un UDP-N-acetilgalaktozamīns (UDP-GalNAc) no citola nonāk cisternās apmaiņā pret UMP.

Golgi cisternā fosfatāze hidrolizē fosfātu grupu UDP un veido UMP un Pi. UDP rodas no reakcijām, kuras katalizē galaktozililtransferāze un N-acetilgalaktozamileltransferāze. UMP, ko veido fosfatāze, kalpo nukleotīdu-heksozes apmaiņai.

Loma glutamīna sintāzes regulēšanā

Glutamīna sintāzes regulējošais mehānisms ir kovalenta modifikācija, kas sastāv no adenilācijas, kas to inaktivē, un dedenilācijas, kas to aktivizē. Šī kovalentā modifikācija ir atgriezeniska un to katalizē adeniltransferāze.

Adeniltransferāzes aktivitāti modulē PII proteīna saistīšanās, ko regulē kovalenta modifikācija, uridinilēšana.

Gan uridilēšanu, gan deuridilēšanu veic uridililtransferāze. Šajā fermentā uridilācijas aktivitāte rodas glutamīna un fosfāta ietekmē, un to aktivizē, saistot alfa-ketoglutarātu un ATP ar PII.

Loma RNS rediģēšanā

Daži mRNS tiek rediģēti pirms tulkošanas. Dažos eikariotu organismos, piemēram, Trypanosoma brucei, notiek citohroma oksidāzes II apakšvienības gēna transkripta RNS rediģēšana. Tas notiek caur uracila atlikumu ievietošanu, reakciju, ko katalizē terminālā uridilatransferāze.

RAD rokasgrāmata, kas papildina rediģēto produktu, darbojas kā rediģēšanas procesa veidne. Bāzes pāri, kas izveidoti starp sākotnējo atšifrējumu un virzošo RNS, satur G = U bāzes pārus, kas nav Vatsons-Kriks un ir izplatīti RNS.

UDP-glikozes biosintēze

Fizioloģiskos apstākļos glikogēna biosintēze no glikozes-1-fosfāta ir termodinamiski neiespējama (ΔG pozitīva). Sakarā ar to pirms biosintēzes notiek glikozes-1-fosfāta (G1P) aktivizācija. Šī reakcija apvieno G1P un UTP, veidojot uridīna difosfāta glikozi (UDP-glikozi vai UDPG).

Reakciju katalizē UDP-glikozes pirofosforilāze, un tā ir šāda:

G1P + UTP -> UDP-glikoze + 2Pi.

Gibsa brīvās enerģijas izmaiņas šajā solī ir lielas un negatīvas (-33,5 KJ / mol). Reakcijas laikā ar skābekli G1P uzbrūk UTP alfa fosfora atomam un veido UDP-glikozi un neorganisko pirofosfātu (PPi). Pēc tam PPi hidrolizē neorganiska pirofosfatāze, kuras hidrolīzes enerģija ir tā, kas virza vispārējo reakciju.

UDP-glikoze ir “augstas enerģijas” viela. Tas ļauj veidot glikozīdiskās saites starp glikozes atlikumu un augošo polisaharīdu ķēdi. Šis pats enerģētiskais princips ir piemērojams reakcijām, kurās piedalās UDP cukuri, piemēram, disaharīdu, oligosaharīdu un glikoproteīnu biosintēzei.

Uracilu DNS glikozilāze

Ir DNS bojājumi, kas rodas spontāni. Viens no šiem bojājumiem ir spontāna citokīna deaminēšana un no tā izrietošā pārvēršana uracilā. Šajā gadījumā labošana notiek, noņemot modificēto bāzi no DNS ar enzīmu, ko sauc par uracila DNS glikozilāzi.

Fermenta uracila DNS glikozilāze noņem bojāto citokīnu (uracilu), iegūstot dezoksiribozes atlikumu, kam trūkst slāpekļa bāzes, ko sauc par AP vietu (apurīniskā-apirimidīna vieta).

Pēc tam fermenta AP endonukleāze izgriež caur AP vietas fosfodiestera mugurkaulu, noņemot cukura-fosfāta atlikumu. I DNS polimerāze atjauno bojāto šķiedru.

Atsauces

1. Bohinski, R. 1991. Bioķīmija. Addison-Wesley Iberoamericana, Vilmingtona, Delavēra.
2. Devlin, TM 2000. Bioķīmija. Redakcijas redakcija, Barselona.
3. Lodish, H., Berks, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Šūnu un molekulārā bioloģija. Redakcija Medica Panamericana, Buenosairesa, Bogota, Karakasa, Madride, Meksika, Sāo Paulo.
4. Nelsons, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - bioķīmijas principi. WH Freeman, Ņujorka.
5. Voet, D. un Voet, J. 2004. Bioķīmija. Džons Vilijs un dēli, ASV.