URACIL: STRUKTURA, FUNKCIJE, LASTNOSTI, SINTEZA - BIOLOGIJA - 2026

Uracil je vrsta pirimidinske nukleobaze, najdenih v ribonukleinska kislina (RNA). To je ena od značilnosti, ki RNA razlikuje od deoksiribonukleinske kisline (DNK), saj ima slednji namesto uracila. Obe snovi, uracil in timin, se razlikujeta le v tem, da ima slednja metilno skupino.

Z evolucijskega vidika je bilo predlagano, da je bila RNA prva molekula, ki je shranila genetske informacije in delovala kot katalizator v celicah, pred DNK in encimi. Zaradi tega naj bi bil uracil igral ključno vlogo v evoluciji življenja.

Vir: Kemikungen

V živih stvareh uracila ne najdemo v prosti obliki, ampak običajno tvori nukleotide monofosfat (UMP), difosfat (UDP) in trifosfat (UTP). Ti nukleotidi uracila imajo različne funkcije, kot so biosinteza RNA in glikogena, izomerna medsebojna pretvorba sladkorjev in regulacija glutamin sintaze.

Struktura in lastnosti

Uracil, ki se imenuje 2,4-dioxypyridine ima empirično formulo C ₄ H ₄ N ₂ O ₂ , katerega molekulska masa je 112,09 g / mol, in čistimo v obliki belega prahu.

Struktura uridina je heterociklični obroč s štirimi atomi ogljika in dvema atomoma dušika z izmeničnimi dvojnimi vezmi. Je ravninski.

Topnost je 50 mg / ml pri 25 ° C v 1M natrijevem hidroksidu in pKa med 7,9 in 8,2. Valovna dolžina, pri kateri pride do njene največje absorbance (ʎ _max ), je med 258 in 260 nm.

Biosinteza

Za biosintezo pirimidinskih nukleotidov (uracil in citokin) obstaja skupna pot. Prvi korak je biosinteza karbamoil fosfata iz CO ₂ in NH ₄ ⁺ , ki se katalizira s karbamoil fosfat sintetazo.

Pirimidin je zgrajen iz karboil fosfata in aspartata. Obe snovi reagirata in tvorita N-karbamoilaspartat, reakcijo, katalizirano z aspartat transkabamoilazo (ATCase). Zapiranje pirimidinskega obroča povzroči dehidracija, katalizirana z dihidrootazo, in ustvari L-dihidrorotat.

L-dihidrorotat se oksidira in pretvori v orotat; sprejemnik elektronov je NAD ⁺ . Gre za reakcijo, ki jo katalizira dihidroorotat dehidrogenaza. Naslednji korak je prenos fosforibozil skupine iz fosforibozil pirofosfata (PRPP) v orotacijo. Tvori orotidilat (OMP) in anorganski pirofosfat (PPi), kataliziran z orotat fosforibozil transferazom.

Zadnji korak je dekarboksilacija pirimidinskega obroča orotidilata (OMP). Tvori uridilat (uridin-5'-monofosfat, UMP), ki ga katalizira dekarboksilaza.

Nato se s sodelovanjem kinaze fosfatna skupina prenese iz ATP v UMP in tvori UDP (uridin-5'-difosfat). Slednje se ponovi in ​​tvori UTP (uridin-5'-trifosfat).

Regulacija biosinteze

Pri bakterijah uravnavanje biosinteze pirimidina poteka z negativnimi povratnimi informacijami na ravni aspartat transkabamoilaze (ATCase).

Ta encim inhibira CTP (citidin-5'-trifosfat), ki je končni produkt biosintetične poti pirimidina. ATCase ima regulativne podenote, ki se vežejo na alosterni regulator CTP.

Pri živalih se uravnavanje biosinteze pirimidina zgodi z negativno povratno informacijo na ravni dveh encimov: 1) karbamoil fosfat sintaza II, ki jo zavira UTP in aktivira ATP in PRPP; in 2) OMP dekarboksilaza, ki jo inhibira produkt reakcije, ki jo katalizira, UMP. Hitrost biosinteze OMP se razlikuje glede na razpoložljivost PRPP.

Vloga v biosintezi RNA

Uracil je prisoten v vseh vrstah RNA, kot so messenger RNA (mRNA), prenos RNA (tRNA) in ribosomalna RNA (rRNA). Biosinteza teh molekul se zgodi s postopkom, imenovanim transkripcija.

Med transkripcijo se informacije, ki jih vsebuje DNK, kopirajo v RNA s polimerazo RNA. Reverzni postopek, pri katerem se informacije, vsebovane v RNA, kopirajo v DNK, se pri nekaterih virusih in rastlinah zgodi z reverzno transkriptazo.

Biosinteza RNA zahteva nukleozid trifosfat (NTP), in sicer: uridin trifosfat (UTP), citidin trifosfat (CTP), 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 sladkorjev

Estri sladkorja so zelo pogosti v živih organizmih. Nekateri od teh estrov so nukleozidni ester difosfati, kot so sladkorji UDP, ki jih je v celicah zelo veliko. Sladkorji UDP sodelujejo v biosintezi disaharidov, oligosaharidov in polisaharidov.

V rastlinah biosinteza saharoze poteka po dveh poteh: primarni in sekundarni.

Glavna pot je prenos D-glukoze iz UDP-D-glukoze v D-fruktozo v tvorbo saharoze in UDP. Sekundarna pot vključuje dva koraka: začne se z UDP-D-glukozo in fruktozo-6-fosfatom in konča s tvorbo saharoze in fosfata.

V mlečnih žlezah pride do biosinteze laktoze iz UDP-D-galaktoze in glukoze.

V rastlinah biosintezo celuloze izvajamo s kontinuirano kondenzacijo ostankov beta-D-glukozila, od UDP-glukoze do nereducirajočega konca rastoče verige poliglukoze. Podobno biosinteza amiloze in amilopektina zahteva UDP-glukozo kot substrat darovalca glukoze v rastoči verigi.

Pri živalih se za biosintezo glikogena uporabljata tako UDP-glukoza kot ADP-glukoza. Podobno biosinteza hondroitin sulfata zahteva UDP-ksilozo, UDP-galaktozo in UDP-glukuronat.

Vloga v izomerni medsebojni pretvorbi sladkorjev

Pretvorba galaktoze v intermediat glikolize se zgodi po Leloirjevi poti. Eden od korakov na tej poti katalizira encim UDP-galaktoza-4-epimeraza, ki olajša medsebojno pretvorbo UDP-galaktoze v glukozo UDP.

Vloga v biosintezi glikoproteina

Med biosintezo glikoproteinov beljakovine prečkajo cis, srednji in trans vrečke Golgijevega aparata.

Vsak od teh vrečk ima nabor encimov, ki predelajo glikoproteine. Monomeri sladkorja, kot sta glukoza in galaktoza, se dodajo oligosaharidu beljakovin iz UDP-heksoze in drugih nukleotidov-heksoze.

Nukleotidi heksoze se z antiportom prevažajo v cisterne Golgi. UDP-galaktoza (UDP-Gal) in UDP-N-acetilgalaktozamin (UDP-GalNAc) vstopi v cisterno iz citosola z izmenjavo za UMP.

V cisterni Golgi fosfataza hidrolizira fosfatno skupino na UDP in tvori UMP in Pi. UDP izhaja iz reakcij, ki jih katalizirajo galaktoziltransferaza in N-acetilgalaktosamiltransferaza. UMP, ki ga tvori fosfataza, služi za izmenjavo nukleotid-heksoze.

Vloga pri uravnavanju glutamin sintaze

Regulativni mehanizem glutamin sintaze je kovalentna modifikacija, ki jo sestavljajo adenilacija, ki jo inaktivira, in dedenilacija, ki jo aktivira. Ta kovalentna modifikacija je reverzibilna in katalizirana z adenyltransferazo.

Aktivnost adeniltransferaze se modulira z vezavo proteina PII, ki jo uravnava kovalentna modifikacija, uridinilacija.

Uridililacija in deuridilacija se izvajata z uridililtransferazo. V tem encimu je aktivnost uridilacije posledica glutamina in fosfata, aktivira pa se z vezavo alfa-ketoglutarata in ATP na PII.

Vloga pri urejanju RNA

Nekatere mRNA urejamo pred prevodom. Pri nekaterih evkariontskih organizmih, kot je Trypanosoma brucei, obstaja urejanje RNA prepisa genske podenote citokrom oksidaze II. To se zgodi z vstavitvijo ostankov uracila, reakcijo, ki jo katalizira terminalna uridiltransferaza.

Vodnik RNA, ki dopolnjuje urejen izdelek, deluje kot predloga za postopek urejanja. Osnovni pari, oblikovani med začetnim transkriptom in vodilno RNA, vključujejo G = U baznih parov, ki niso Watson-Crick in so običajni v RNA.

Biosinteza UDP-glukoze

V fizioloških pogojih je biosinteza glikogena iz glukoze-1-fosfata termodinamično nemogoča (ΔG pozitivna). Zaradi tega pred biosintezo pride do aktivacije glukoza-1-fosfata (G1P). Ta reakcija združuje G1P in UTP, da nastane uridin difosfatna glukoza (UDP-glukoza ali UDPG).

Reakcija katalizira UDP-glukoza pirofosforilaza in je naslednja:

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

Nihanje Gibbsove energije v tem koraku je veliko in negativno (-33,5 KJ / mol). Med reakcijo na kisik G1P napada alfa fosforjev atom UTP in tvori UDP-glukozo in anorganski pirofosfat (PPi). Nato se PPi hidrolizira z anorgansko pirofosfatazo, katere energija hidrolize je tista, ki poganja splošno reakcijo.

UDP-glukoza je "visoko energijska" snov. Omogoča oblikovanje glikozidnih vezi med ostankom glukoze in rastočo polisaharidno verigo. To isto energijsko načelo velja za reakcije, pri katerih sodelujejo sladkorji UDP, kot je biosinteza disaharidov, oligosaharidov in glikoproteinov.

Uracil DNA glikozilaza

Obstajajo lezije DNK, ki se pojavijo spontano. Ena od teh lezij je spontano razkrojevanje citokinov in njegova posledična pretvorba v uracil. V tem primeru popravilo poteka tako, da modificirano bazo iz DNK odstranimo z encimom, imenovanim uracilna glikozilaza.

Encim uracil DNA glikozilaza odstrani poškodovani citokin (uracil), pri čemer nastane deoksiribozni ostanek, ki nima dušikove baze, imenovan AP mesto (apurinsko-aprimidinsko mesto).

Encim AP endonukleaza nato prereže hrbtenico fosfodiesterja na mestu AP in tako odstrani ostanke sladkorja-fosfata. DNA polimeraza I obnavlja poškodovano nit.

Reference

1. Bohinski, R. 1991. Biokemija. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
2. Devlin, TM 2000. Biokemija. Uredništvo Reverté, Barcelona.
3. 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.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Načela biokemije. WH Freeman, New York.
5. Voet, D. in Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley in sinovi, ZDA.