- Struktura in lastnosti
- Biosinteza
- Regulacija biosinteze
- Pirimidini se, podobno kot citozin, reciklirajo
- Vloga v biosintezi DNK
- Vloga pri stabilizaciji strukture DNK
- Delovanje regij bogatih s citozinom v DNK
- Vloga v biosintezi RNA
- Vloga v biosintezi glikoproteina
- Kemoterapevtska zdravila za zdravljenje citozina in raka
- Reference
Citozin je vrsta pirimidinske nukleobaze, ki služi za biosintezo citidin-5'-monofosfat in deoksicitidinska 5'-monofosfata. Te spojine služijo za biosintezo deoksiribonukleinske kisline (DNK) in ribonukleinske kisline (RNA). DNK hrani genetske informacije, RNA pa ima različne funkcije.
V živih stvareh citozin ni najden brez, vendar običajno tvori ribonukleotide ali deoksiribonukleotide. Obe vrsti spojin imata fosfatno skupino, ribozo in dušikovo bazo.
Vir: Vesprcom
Ogljikov 2 riboza ima v ribonukleotidih hidroksilno skupino (-OH) in vodikov atom (-H) v deoksiribonukleotidih. Odvisno od števila prisotnih fosfatnih skupin so citidin-5'-monofosfat (CMP), citidin-5'-difosfat (CDP) in citidin-5'-trifosfat (CTP).
Deoksigenirani ekvivalenti se imenujejo deoksicitidin-5'-monofosfat (dCMP), deoksicitidin-5'-difosfat (dCDP) in deoksicitidin-5'-trifosfat (dCTP).
Citozin v različnih oblikah sodeluje v različnih funkcijah, kot so biosinteza DNK in RNK, biosinteza glikoproteina in regulacija izražanja genov.
Struktura in lastnosti
Citozin, 4-amino-2-hidroksipirimidin ima empirično formulo C 4 H 5 N 3 O, katerega molekulska masa je 111,10 g / mol, in čistimo v obliki belega prahu.
Struktura citozina je ravninski aromatski heterociklični obroč. Valovna dolžina največje absorbance (ʎ max ) je 260 nm. Temperatura taljenja citozina presega 300 ° C.
Za tvorbo nukleotida je citozin kovalentno vezan preko dušika 1, z N-beta-glikozidno vezjo na 1 'ogljik riboze. 5 'ogljik se esterificira s fosfatno skupino.
Biosinteza
Nukleotidna biosinteza pirimidinov ima skupno pot, sestavljeno iz šestih faz, kataliziranih z encimi. Pot se začne z biosintezo karbamoil fosfata. V prokariotih je samo en encim: karbamoil fosfat sintaza. Ta je odgovoren za sintezo pirimidinov in glutamina. V evkariontih obstaja karbamoil fosfat sintaza I in II, ki sta odgovorna za biosintezo glutamina in pirimidinov.
Drugi korak je tvorba N-karbamoilaspartata iz karboil fosfata in aspartata, reakcija katalizirana z aspartat transkabamoilazo (ATCase).
Tretji korak je sinteza L-dihidrorotata, ki povzroči zaprtje pirimidinskega obroča. Ta korak katalizira dihidrootaza.
Četrti korak je tvorba orotata, ki je redoks reakcija, katalizirana z dihidroorotat dehidrogenazo.
Peti korak je tvorba orotidilata (OMP) z uporabo fosforibozil-pirofosfata (PRPP) kot substrata in orotat fosforibozil-transferaze kot katalizatorja.
Šesti korak je tvorba uridilata (uridin-5'-monofosfat, UMP), reakcija, ki jo katalizira OMP-dekarboksilaza.
Naslednji koraki vključujejo fosforilacijo UMP, katalizirano s kinazo, in prenos amino skupine iz glutamina v UTP v tvorbo CTP, reakcijo, ki jo katalizira sinteza CTP.
Regulacija biosinteze
Pri sesalcih se regulacija zgodi na ravni karbamoil fosfat sintaze II, encima, ki ga najdemo v citosolu, medtem ko je karbamoil fosfat sintaza I mitohondrijski.
Karbamoil fosfat sintaza II je urejena z negativnimi povratnimi informacijami. Njeni regulatorji, UTP in PRPP, so zaviralec in aktivator tega encima.
Karbamoil fosfat sintaza II je v tkivih, ki niso jetra, edini vir karbamoil fosfata. Medtem ko v jetrih, v pogojih presežka amoniaka, karbamoil fosfat sintaza I v mitohondrijah proizvaja karbamoil fosfat, ki se prevaža do citosola, od koder vstopi v pot biosinteze pirimidina.
Druga točka regulacije je OMP-dekarboksilaza, ki jo uravnava konkurenčna inhibicija. Njegov reakcijski produkt, UMP, konkurira OMP za mesto vezave na OMP-dekarboksilazo.
Pirimidini se, podobno kot citozin, reciklirajo
Recikliranje pirimidinov ima funkcijo ponovne uporabe pirimidinov brez potrebe po novi biosintezi in izogibanju poti razgradnje. Reakcija recikliranja katalizira pirimimidin fosforibosiltransferaza. Splošna reakcija je naslednja:
Pirimidin + PRPP -> pirimidinski nukleozid 5′-monofosfat + PPi
V vretenčarjih se v eritrocitih nahaja pirimimidin fosforibosiltransferaza. Substratni pirimidini za ta encim so uracil, timin in orotat. Citozin se posredno reciklira iz uridin-5'-monofosfata.
Vloga v biosintezi DNK
Med podvajanjem DNK se informacije, vsebovane v DNK, kopirajo v DNK s pomočjo polimeraze DNA.
Za biosintezo RNK je potreben deoksinukleotid trifosfat (dNTP), in sicer: deoksitimidin trifosfat (dTTP), deoksicitidin trifosfat (dCTP), deoksiadenin trifosfat (dATP) in deoksiguanin trifosfat (dGTP). Reakcija je:
(DNK) n ostankov + dNTP -> (DNK) n + 1 ostanek + PPi
Hidroliza anorganskega pirofosfata (PPi) zagotavlja energijo za biosintezo RNA.
Vloga pri stabilizaciji strukture DNK
V dvojni vijačnici DNK je enodrojni purin povezan z vodikovimi vezmi z nasprotno verigo pirimidina. Tako je citozin vedno povezan s gvaninom s tremi vodikovimi vezmi: adenin je s timinom povezan z dvema vodikovima vezoma.
Vodikove vezi se pretrgajo, ko je raztopina očiščene naravne DNK pri pH 7 izpostavljena temperaturam nad 80 ° C. Zaradi tega dvojna vijačnica DNK tvori dva ločena sklopa. Ta postopek je znan kot denaturacija.
Temperatura, pri kateri se denaturira 50% DNK, je znana kot temperatura taljenja (Tm). Molekule DNK, katerih razmerje med gvaninom in citozinom je višje kot v timijunu in adeninu, imajo višje vrednosti Tm kot tiste, katerih osnovno razmerje je obratno.
Zgoraj opisano predstavlja eksperimentalni dokaz, da večje število vodikovih vezi bolje stabilizira nativne molekule DNK.
Delovanje regij bogatih s citozinom v DNK
Pred kratkim so ugotovili, da lahko DNK iz jedra človeških celic prevzame vmesne strukture motivov (iM). Te strukture se pojavljajo v regijah, bogatih s citozinom.
Struktura iM je sestavljena iz štirih verig DNK, za razliko od klasične dvoverižne DNK, ki ima dva sklopa. Natančneje, dve vzporedni dupleksni verigi sta medsebojno razporejeni v protiparalni orientaciji in ju združuje par hemiprotoniranih citozinov (C: C + ).
V človeškem genomu iM strukture najdemo v regijah, kot so promotorji in telomeri. Število struktur iM je večje med fazo G1 / S celičnega cikla, v kateri je prepisovanje veliko. Te regije so mesta za prepoznavanje beljakovin, ki sodelujejo pri aktiviranju transkripcijske naprave.
Po drugi strani pa v regijah, ki so bogate z zaporednimi pari ganinskih baz (C), DNK ponavadi v obliki dehidracije prevzame obliko A-vijačnice. Ta oblika je značilna za dvojne pasove RNA in DNA-RNA med prepisovanjem in podvajanjem ter v določenih trenutkih, ko se DNK veže na beljakovine.
Pokazalo se je, da zaporedna osnovna področja citozina ustvarjajo elektropozitivni obliž v glavnem razcepu DNK. Tako se verjame, da se te regije vežejo na beljakovine, kar predpostavlja nekatere genske regije do genske krhkosti.
Vloga v biosintezi RNA
Med transkripcijo se informacije, ki jih vsebuje DNK, kopirajo v RNA s polimerazo RNA. Za biosintezo RNK je potreben nukleozid trifosfat (NTP), in sicer: citidin trifosfat (CTP), uridin trifosfat (UTP), adenin trifosfat (ATP) in gvanin trifosfat (GTP). Reakcija je:
(RNA) n ostankov + NTP -> (RNA) n + 1 ostanek + PPi
Hidroliza anorganskega pirofosfata (PPi) zagotavlja energijo za biosintezo RNA.
Vloga v biosintezi glikoproteina
Zaporedni prenos heksoz v oligosaharide, O-vezane na beljakovine, se zgodi iz predhodnikov nukleotidov.
Pri vretenčarjih je zadnja stopnja biosinteze oligosaharida, vezana z O, sestavljena iz dodatka dveh ostankov sialne kisline (N-acetilneuraminski) iz predhodnika citidin-5'-monofosfata (CMP). Ta reakcija se pojavi v trans Golgijevi vrečki.
Kemoterapevtska zdravila za zdravljenje citozina in raka
Tetrahidrofolat kislina (FH4) je vir -CH 3 skupinami , ter je potrebna za biosintezo dTMP iz smetišče. Poleg tega nastaja FH2. Zmanjšanje FH2 na FH4 zahteva reduktazo folata in NADPH. Nekateri zaviralci folat reduktaze, kot sta aminopterin in metotreksat, se uporabljajo pri zdravljenju raka.
Metotreksan je konkurenčni zaviralec. Folat reduktaza se veže s 100-krat večjo afiniteto do tega zaviralca kot na njegov substrat. Aminopterin deluje na podoben način.
Inhibicija folat reduktaze posredno ovira biosintezo dTMP in s tem tudi dCTP. Neposredna inhibicija nastane z zaviralci encima timidilat sintetaza, ki katalizira dTMP iz dUMP. Ti inhibitorji sta 5-fluorouracil in 5-fluoro-2-deoksiuridin.
Na primer, 5-fluoroacil sam ni zaviralec, ampak ga najprej na poti recikliranja pretvorimo v deoksiuridin mfosfat d (FdUMP), ki veže in zavira timidilat sintetazo.
Snovi, analogne glutaminu, azaserinu in acivicinu, zavirajo glutamin amidotransferazo. Azarin je bil ena prvih snovi, ki so jo odkrili, da deluje kot samomor inaktivator.
Reference
- Assi, HA, Garavís, M., González, C. in Damha, MJ 2018. i-Motif DNA: strukturne značilnosti in pomen za celično biologijo. Raziskave nukleinskih kislin, 46: 8038-8056.
- Bohinski, R. 1991. Biokemija. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
- Devlin, TM 2000. Biokemija. Uredništvo Reverté, Barcelona.
- Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Celična in molekularna biologija. Uredništvo Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogota, Caracas, Madrid, Mehika, Sāo Paulo.
- Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Načela biokemije. WH Freeman, New York.
- Voet, D. in Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley in sinovi, ZDA.