CITOZINAS: STRUKTŪRA, FUNKCIJOS, SAVYBĖS, SINTEZĖ - BIOLOGIJA - 2025

Citozino yra pirimidino nukleobazė tipas, tarnaujantis citidino-5'-monofosfato ir deoksicitidino 5'-monofosfato biosintezės. Šie junginiai tarnauja dezoksiribonukleorūgšties (DNR) ir ribonukleino rūgšties (RNR) biosintezei. DNR kaupia genetinę informaciją, o RNR atlieka įvairias funkcijas.

Gyvuose daiktuose citozinas nėra laisvas, bet dažniausiai sudaro ribonukleotidus arba dezoksiribonukleotidus. Abiejų tipų junginiai turi fosfato grupę, ribozę ir azoto bazę.

Šaltinis: „Vesprcom“

Ribozės anglis 2 turi hidroksilo grupę (-OH) ribonukleotiduose, o vandenilio atomą (-H) dezoksiribonukleotiduose. Atsižvelgiant į fosfatų grupių skaičių, yra citidin-5′-monofosfato (CMP), citidin-5′-difosfato (CDP) ir citidin-5′-trifosfato (CTP).

Deoksigeninti ekvivalentai yra vadinami deoksicitidin-5′-monofosfatu (dCMP), deoksicitidin-5′-difosfatu (dCDP) ir deoksicitidin-5′-trifosfatu (dCTP).

Įvairių formų citozinas dalyvauja įvairiose funkcijose, tokiose kaip DNR ir RNR biosintezė, glikoproteinų biosintezė ir genų ekspresijos reguliavimas.

Struktūra ir savybės

Citozino, 4-amino-2-hidroksipirijnidinas, turi empirinių formulė C ₄ H ₅ N ₃ O, kurio molekulinė masė yra 111,10 g / mol, ir yra išgrynintas, kaip baltų miltelių.

Citozino struktūra yra plokščias aromatinis heterociklinis žiedas. Didžiausio sugerties bangos ilgis (ʎ _max ) yra 260 nm. Citozino lydymosi temperatūra viršija 300ºC.

Kad susidarytų nukleotidas, citozinas per N-beta-glikozidinį ryšį kovalentiškai yra prijungtas per azotą 1 per ribozės 1 ′ anglį. 5 ′ anglis esterinama fosfato grupe.

Biosintezė

Pirimidinų nukleotidų biosintezė turi bendrą kelią, susidedantį iš šešių fermentų katalizuojamų pakopų. Kelias prasideda karbamoilfosfato biosinteze. Prokariotuose yra tik vienas fermentas: karbamoilfosfato sintazė. Tai yra atsakinga už pirimidinų ir glutamino sintezę. Eukariotuose yra I ir II karbamoilfosfato sintazės, kurios atitinkamai yra atsakingos už glutamino ir pirimidinų biosintezę.

Antrasis etapas susideda iš N-karbamoilazparato susidarymo iš karboksifosfato ir aspartato.

Trečiasis žingsnis yra L-dihidrotirotato sintezė, dėl kurios uždaromas pirimidino žiedas. Šį žingsnį katalizuoja dihidrootazė.

Ketvirtasis etapas yra orotato susidarymas, kuris yra redokso reakcija, katalizuojama dihidroorotato dehidrogenazės.

Penktą žingsnį sudaro orotidilato (OMP) susidarymas, naudojant substratą fosforibosilpirofosfatą (PRPP), ir kaip katalizatoriaus orotato fosforibosiltransferazė.

Šeštasis etapas yra uridilato (uridin-5′-monofosfato, UMP) susidarymas, reakcija, katalizuojama OMP-dekarboksilazės.

Kiti žingsniai susideda iš kinazės katalizuoto UMP fosforilinimo, kad susidarytų UTP, ir amino grupės perkėlimo iš glutamino į UTP, kad susidarytų CTP - reakcija, katalizuojama CTP sintetazės.

Biosintezės reguliavimas

Žinduoliuose reguliacija vyksta karbamoilfosfato II sintazės, fermento, esančio citozolyje, o karbamoilfosfato I sintazės - mitochondrijose.

Karbamoilfosfato sintazė II yra reguliuojama neigiamais atsiliepimais. Jo reguliatoriai UTP ir PRPP yra atitinkamai šio fermento inhibitoriai ir aktyvatoriai.

Ne kepenų audiniuose vienintelis karbamoilfosfato šaltinis yra II karbamoilfosfato sintazė. Kepenyse esant amoniako pertekliui I karbamoilfosfato sintazė mitochondrijose gamina karbamoilfosfatą, kuris pernešamas į citozolį, iš kur jis patenka į pirimidino biosintezės kelią.

Kitas reguliavimo punktas yra OMP-dekarboksilazė, kurią reguliuoja konkurencinis slopinimas. Jo reakcijos produktas UMP konkuruoja su OMP dėl OMP-dekarboksilazės jungimosi vietos.

Pirimidinai, kaip ir citozinas, yra perdirbami

Pirimidinų perdirbimo funkcija yra pakartotinis pirimidinų panaudojimas nereikalaujant de novo biosintezės ir išvengiant skilimo būdo. Perdirbimo reakciją katalizuoja pirimimidino fosforibosiltransferazė. Bendra reakcija yra tokia:

Pirimidinas + PRPP -> pirimidino nukleozido 5′-monofosfatas + PPi

Stuburiniuose gyvūnuose pirimimidino fosforibosiltransferazė randama eritrocituose. Šio fermento substrato pirimidinai yra uracilis, timinas ir orotatas. Citozinas yra netiesiogiai perdirbamas iš uridino-5′-monofosfato.

Vaidmuo DNR biosintezėje

DNR replikacijos metu DNR esanti informacija nukopijuojama į DNR DNR polimerazės pagalba.

RNR biosintezei reikia dezoksinukleotido trifosfato (dNTP), būtent: deoksitimidino trifosfato (dTTP), deoksicitidino trifosfato (dCTP), dezoadenino trifosfato (dATP) ir deoksiguanino trifosfato (dGTP). Reakcija yra tokia:

(DNR) _{n liekanos} + dNTP -> (DNR) _{n + 1} liekanos + PPi

Neorganinio pirofosfato (PPi) hidrolizė suteikia energijos RNR biosintezei.

Vaidmuo stabilizuojant DNR struktūrą

Dviguboje DNR spiralėje viengrandis purinas vandenilio ryšiais yra sujungtas su priešingos grandinės pirimidinu. Taigi citozinas su guaninu visada yra susijęs trimis vandenilio ryšiais: adeninas yra sujungtas su timinu dviem vandenilio ryšiais.

Vandenilio ryšiai nutrūksta, kai išgrynintos natūraliosios DNR tirpalas, kurio pH 7, yra aukštesnėje kaip 80 ºC temperatūroje. Dėl to DNR dviguba spiralė suformuoja dvi atskiras gijas. Šis procesas žinomas kaip denatūracija.

Temperatūra, kurioje denatūruota 50% DNR, vadinama lydymosi temperatūra (Tm). DNR molekulės, kurių guanino ir citozino santykis yra didesnis nei timino ir adenino, turi aukštesnes Tm reikšmes nei tos, kurių bazių santykis yra atvirkštinis.

Aukščiau aprašytas pavyzdys yra eksperimentinis įrodymas, kad didesnis skaičius vandenilio jungčių geriau stabilizuoja natūralias DNR molekules.

Citozinu praturtintų regionų funkcija DNR

Neseniai buvo nustatyta, kad DNR iš žmogaus ląstelių branduolio gali priimti susikertančias motyvo (iM) struktūras. Šios struktūros yra regionuose, kuriuose gausu citozino.

„IM“ struktūra susideda iš keturių DNR sruogų, skirtingai nuo klasikinės dvigrandinės DNR, kuri turi dvi gijas. Tiksliau, dvi lygiagrečios dupleksinės grandinės yra įsiterpusios į antiparallelę ir yra laikomos kartu po hemiprotonuotų citozinų (C: C ⁺ ).

Žmogaus genome iM struktūros randamos tokiuose regionuose kaip promotoriai ir telomerai. IM struktūrų skaičius yra didesnis ląstelių ciklo G1 / S fazėje, kurioje transkripcija yra aukšta. Šie regionai yra baltymų atpažinimo vietos, dalyvaujančios transkripcijos mechanizmo aktyvavime.

Kita vertus, tuose regionuose, kuriuose gausu guanino bazių porų (C), DNR dehidratuojančiomis sąlygomis linkusi įgyti A-spiralės formą. Ši forma būdinga RNR ir DNR-RNR dviguboms juostoms transkripcijos ir replikacijos metu ir tam tikru metu, kai DNR jungiasi su baltymais.

Įrodyta, kad nuoseklūs citozino baziniai regionai sukuria elektropozityvų pleistrą pagrindiniame DNR plyšyje. Taigi manoma, kad šie regionai jungiasi su baltymais, o tam tikri genomo regionai yra linkę į genetinį trapumą.

Vaidmuo RNR biosintezėje

Transkripcijos metu DNR esanti informacija nukopijuojama į RNR RNR polimerazės pagalba. RNR biosintezei reikia nukleozidų trifosfato (NTP), būtent: citidino trifosfato (CTP), uridino trifosfato (UTP), adenino trifosfato (ATP) ir guanino trifosfato (GTP). Reakcija yra tokia:

(RNR) _{n liekanos} + NTP -> (RNR) _{n + 1} liekana + PPi

Neorganinio pirofosfato (PPi) hidrolizė suteikia energijos RNR biosintezei.

Glikoproteinų biosintezės vaidmuo

Iš nukleotidų pirmtakų nuoseklus heksozių pernešimas į oligosacharidus, O sujungtus su baltymais, susidaro.

Su stuburiniais gyvūnais paskutinis O-sujungto oligosacharido biosintezės etapas susideda iš dviejų citozino-5′-monofosfato (CMP) pirmtakų pridėjimo iš dviejų sialio rūgšties liekanų (N-acetilneuraminino). Ši reakcija įvyksta trans Golgi maišelyje.

Citozino ir vėžio chemoterapinis gydymas

Tetrahidrofolato rūgštis (FH4) yra -CH ₃ grupių šaltinis ir reikalinga dTMP biosintezei iš dUMP. Be to, susidaro FH2. FH2 redukcijai į FH4 reikia folio reduktazės ir NADPH reduktazės. Kai kurie folio reduktazės inhibitoriai, tokie kaip aminopterinas ir metotreksatas, naudojami gydant vėžį.

Metotreksanas yra konkurencinis inhibitorius. Folio reduktazė jungiasi su šiuo inhibitoriumi 100 kartų daugiau nei jo substratu. Aminopterinas veikia panašiai.

Folatų reduktazės slopinimas netiesiogiai trukdo dTMP, taigi ir dCTP, biosintezei. Tiesioginis slopinimas vyksta timidilato sintetazės fermento, kuris katalizuoja dTMP iš dUMP, inhibitoriais. Šie inhibitoriai yra 5-fluoruracilis ir 5-fluor-2-deoksiuridinas.

Pvz., 5-fluoroacilas pats savaime nėra inhibitorius, o perdirbimo būdu pirmiausia paverčiamas deoksiriuridino mifosfatu d (FdUMP), kuris suriša ir slopina timidilato sintetazę.

Medžiagos, analogiškos glutaminui, azaserinui ir acivicinui, slopina glutamino amidotransferazę. Azarinas buvo viena iš pirmųjų medžiagų, aptiktų kaip savižudybių inaktyvatorius.

Nuorodos

1. Assi, HA, Garavís, M., González, C., ir Damha, MJ 2018. „i-Motif DNA“: struktūriniai ypatumai ir reikšmė ląstelių biologijai. Nuclei Acids Research, 46: 8038-8056.
2. Bohinski, R. 1991. Biochemija. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaveras.
3. Devlin, TM 2000. Biochemija. Redakcijos reversas, Barselona.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Ląstelinė ir molekulinė biologija. Redakcija „Medica Panamericana“, Buenos Airės, Bogota, Karakasas, Madridas, Meksika, San Paulo.
5. Nelsonas, DL, Cox, MM 2008. Lehningeris - biochemijos principai. WH Freeman, Niujorkas.
6. Voet, D. ir Voet, J. 2004. Biochemija. Johnas Wiley ir sūnūs, JAV.