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

Uracilo yra pirimidino nukleobazė tipas, rasti ribonukleininės rūgšties (RNR). Tai yra viena iš savybių, išskiriančių RNR nuo dezoksiribonukleorūgšties (DNR), nes pastarojoje vietoje uracilo yra timinas. Abi medžiagos, uracilis ir timinas, skiriasi tik tuo, kad pastarasis turi metilo grupę.

Evoliucijos požiūriu buvo pasiūlyta, kad RNR buvo pirmoji molekulė, kuri saugojo genetinę informaciją ir veikė kaip katalizatorius ląstelėse prieš DNR ir fermentus. Dėl šios priežasties manoma, kad uracilas vaidino pagrindinį vaidmenį gyvenimo evoliucijoje.

Šaltinis: Kemikungen

Gyvuose dalykuose uracilis nerandamas laisvos formos, tačiau dažniausiai sudaro nukleotidų monofosfatą (UMP), difosfatą (UDP) ir trifosfatą (UTP). Šie uracilo nukleotidai turi skirtingas funkcijas, tokias kaip RNR ir glikogeno biosintezė, izomerinis cukrų virsmas ir glutamino sintazės reguliavimas.

Struktūra ir savybės

Uracilo, vadinamo 2,4-dioksipiridinu, empirinė formulė yra C ₄ H ₄ N ₂ O ₂ , kurio molekulinė masė yra 112,09 g / mol, ir jis yra išgrynintas kaip balti milteliai.

Uridino struktūra yra heterociklinis žiedas su keturiais anglies atomais ir dviem azoto atomais su kintamais dvigubais ryšiais. Jis yra plokščias.

Jo tirpumas 1 M natrio hidrokside yra 50 mg / ml, esant 25 ° C, o pKa yra tarp 7,9 ir 8,2. Bangos ilgis, kuriame didžiausias jo sugertis (ʎ _max ), yra tarp 258 ir 260 nm.

Biosintezė

Yra bendras pirimidinų nukleotidų (uracilo ir citokino) biosintezės būdas. Pirmas žingsnis yra karbamoilo fosfato biosintezės iš CO ₂ ir NH ₄ ⁺ , kuri katalizuoja karbamoil fosfato sintetazės.

Pirimidinas yra pagamintas iš karboksifosfato ir aspartato. Abi medžiagos reaguoja ir sudaro N-karbamoilazpartatą - reakciją, katalizuojamą aspartato transkaabamoilazės (ATCase). Pirimidino žiedo uždarymą sukelia dehidratacija, katalizuojama dihidrootazės, ir susidaro L-dihidrovirotas.

L-dihidrorotatas oksiduojamas ir virsta orotatu; elektronų priėmėjas yra NAD ⁺ . Tai yra reakcija, katalizuojama dihidroorotato dehidrogenazės. Kitas žingsnis yra fosforibosilo grupės perkėlimas iš fosforibozilpirofosfato (PRPP) į orotatą. Jis suformuoja orotidilatą (OMP) ir neorganinį pirofosfatą (PPi), katalizuodamas orotato fosforibosiltransferazės.

Paskutinis etapas susideda iš orotidilato (OMP) pirimidino žiedo dekarboksilinimo. Jis sudaro uridilatą (uridin-5′-monofosfatą, UMP), kurį katalizuoja dekarboksilazė.

Tada, dalyvaujant kinazei, fosfato grupė perkeliama iš ATP į UMP, formuojant UDP (uridino-5′-difosfatą). Pastarasis kartojamas, formuojant UTP (uridin-5′-trifosfatą).

Biosintezės reguliavimas

Bakterijose pirimidino biosintezės reguliavimas vyksta neigiamu grįžtamu ryšiu aspartato transkaboamolazės (ATCase) lygiu.

Šį fermentą slopina CTP (citidin-5′-trifosfatas), kuris yra galutinis pirimidino biosintetinio kelio produktas. ATCase turi norminius subvienetus, kurie jungiasi su alosteriniu reguliatoriumi CTP.

Gyvūnams pirimidino biosintezės reguliavimas vyksta per neigiamą grįžtamąjį ryšį dviejų fermentų lygiu: 1) II karbamoilfosfato sintazė, kurią slopina UTP ir aktyvina ATP ir PRPP; ir 2) OMP dekarboksilazė, kurią slopina jos katalizuojamos reakcijos produktas, UMP. OMP biosintezės greitis priklauso nuo to, ar yra PRPP.

Vaidmuo RNR biosintezėje

Uracilo yra visų tipų RNR, tokiuose kaip pasiuntinioji RNR (mRNR), pernešančioji RNR (tRNR) ir ribosominė RNR (rRNR). Šių molekulių biosintezė vyksta per procesą, vadinamą transkripcija.

Transkripcijos metu DNR esanti informacija nukopijuojama į RNR RNR polimerazės pagalba. Atvirkštinis procesas, kurio metu RNR esanti informacija nukopijuojama į DNR, kai kuriuose virusuose ir augaluose vyksta atvirkštinės transkriptazės būdu.

RNR biosintezei reikia nukleozidų trifosfato (NTP), būtent: uridino trifosfato (UTP), citidino trifosfato (CTP), 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.

Vaidmuo cukrų biosintezėje

Cukraus esteriai yra labai paplitę gyvuose organizmuose. Kai kurie iš šių esterių yra nukleozidų esterių difosfatai, tokie kaip UDP cukrus, kurių ląstelėse labai gausu. UDP cukrūs dalyvauja disacharidų, oligosacharidų ir polisacharidų biosintezėje.

Augaluose sacharozės biosintezė vyksta dviem keliais: pirminiu ir antriniu keliais.

Pagrindinis būdas yra D-gliukozės pernešimas iš UDP-D-gliukozės į D-fruktozę, kad susidarytų sacharozė ir UDP. Antrinį kelią sudaro du etapai: jis prasideda UDP-D-gliukoze ir fruktozės-6-fosfatu ir baigiasi sacharozės ir fosfato formavimu.

Pieno liaukose laktozės biosintezė vyksta iš UDP-D-galaktozės ir gliukozės.

Augaluose celiuliozės biosintezė vykdoma nepertraukiamai kondensavus beta-D-gliukozilo liekanas nuo UDP gliukozės iki nemažėjančios augančios poligliukozės grandinės pabaigos. Taip pat vykstant amilozės ir amilopektino biosintezei, reikalinga UDP gliukozė kaip gliukozės donoro substratas augančiai grandinei.

Gyvūnams glikogeno biosintezei naudojami tiek UDP, tiek ADP gliukozė. Chondroitino sulfato biosintezei taip pat reikia UDP-ksilozės, UDP-galaktozės ir UDP-gliukuronato.

Izomerinio cukrų virsmo vaidmuo

Galaktozė virsta glikolizės tarpiniu produktu Leloir keliu. Vieną iš šio kelio žingsnių katalizuoja fermentas UDP-galaktozė-4-epimerazė, kuris palengvina UDP-galaktozės virsmą UDP-gliukoze.

Glikoproteinų biosintezės vaidmuo

Glikoproteinų biosintezės metu baltymai kerta Golgi aparato cis, vidurį ir trans maišus.

Kiekviename iš šių maišelių yra fermentų, kurie apdoroja glikoproteinus, rinkinys. Cukraus monomerai, tokie kaip gliukozė ir galaktozė, pridedami prie baltymo oligosacharido iš UDP heksozės ir kitų nukleotidų heksozės.

Heksozės nukleotidai transportuojami į Golgi rezervuarus antiportu. UDP-galaktozė (UDP-Gal) ir UDP-N-acetilgalaktozaminas (UDP-GalNAc) iš citozolio patenka į cisternas mainais į UMP.

Golgi rezervuare fosfatazė hidrolizuoja UDP fosfato grupę ir sudaro UMP ir Pi. UDP gaunamas iš reakcijų, kurias katalizuoja galaktozililtransferazė ir N-acetilgalaktozamiltransferazė. Fosfatazės suformuotas UMP yra naudojamas nukleotidų ir heksozės mainams.

Vaidmuo glutamino sintazės reguliavime

Reguliavimo glutamino sintazės mechanizmas yra kovalentinis modifikavimas, susidedantis iš adenilacijos, kuri ją inaktyvuoja, ir dedenilacijos, kuri ją aktyvina. Ši kovalentinė modifikacija yra grįžtama ir ją katalizuoja adeniltransferazė.

Adeniltransferazės aktyvumą moduliuoja PII baltymo jungimasis, kurį reguliuoja kovalentinė modifikacija, uridinilinimas.

Tiek uridilinimas, tiek deuridilinimas atliekamas uridililtransferazės būdu. Šiame fermente uridilinimo aktyvumą lemia glutaminas ir fosfatas, jis suaktyvinamas prisijungiant alfa-ketoglutaratą ir ATP prie PII.

Vaidmuo RNR redagavime

Kai kurios mRNR yra suredaguotos prieš vertimą. Kai kuriuose eukariotiniuose organizmuose, pavyzdžiui, Trypanosoma brucei, yra citochromo oksidazės II subvieneto geno nuorašo RNR redagavimas. Tai įvyksta įterpus uracilo liekanas - reakciją, katalizuojamą galinės uridiltransferazės.

Vadovas RNR, papildantis redaguotą produktą, veikia kaip redagavimo proceso šablonas. Bazinės poros, suformuotos tarp pradinio nuorašo ir kreipiamosios RNR, apima G = U bazių poras, kurios nėra Watson-Crick ir yra paplitusios RNR.

UDP-gliukozės biosintezė

Fiziologinėmis sąlygomis glikogeno biosintezė iš gliukozės-1-fosfato yra termodinamiškai neįmanoma (ΔG teigiama). Dėl šios priežasties prieš biosintezę suaktyvėja gliukozės-1-fosfatas (G1P). Ši reakcija sujungia G1P ir UTP, kad susidarytų uridino difosfato gliukozė (UDP-gliukozė arba UDPG).

Reakciją katalizuoja UDP-gliukozės pirofosforilazė ir yra tokia:

G1P + UTP -> UDP-gliukozė + 2Pi.

Gibso laisvosios energijos pokytis šiame etape yra didelis ir neigiamas (-33,5 KJ / mol). Reaguodamas deguonį, G1P puola UTP alfa fosforo atomą ir sudaro UDP gliukozę ir neorganinį pirofosfatą (PPi). Tada PPi hidrolizuojama neorganine pirofosfataze, kurios hidrolizės energija skatina bendrąją reakciją.

UDP-gliukozė yra „didelės energijos“ medžiaga. Tai leidžia suformuoti glikozidinius ryšius tarp gliukozės liekanos ir augančios polisacharido grandinės. Tas pats energetinis principas taikomas tokioms reakcijoms, kuriose dalyvauja UDP cukrūs, pavyzdžiui, disacharidų, oligosacharidų ir glikoproteinų biosintezei.

Uracilo DNR glikozilazė

Yra DNR pažeidimų, kurie atsiranda spontaniškai. Vienas iš šių pažeidimų yra savaiminis citokinų deaminavimas ir iš jo išplaukiantis uracilas. Tokiu atveju taisymas vyksta pašalinant modifikuotą bazę iš DNR fermentu, vadinamu uracilo DNR glikozilaze.

Fermento uracilo DNR glikozilazė pašalina pažeistą citokiną (uracilą), sukurdama dezoksiribozės liekaną, kurioje nėra azoto bazės, vadinamos AP vieta (apurino-apirimidino vieta).

Tada fermento AP endonukleazė perpjauna AP vietos fosfodiesterio stuburą, pašalindama cukraus ir fosfato liekanas. I DNR polimerazė atkuria pažeistą sruogą.

Nuorodos

1. Bohinski, R. 1991. Biochemija. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaveras.
2. Devlin, TM 2000. Biochemija. Redakcijos reversas, Barselona.
3. 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.
4. Nelsonas, DL, Cox, MM 2008. Lehningeris - biochemijos principai. WH Freeman, Niujorkas.
5. Voet, D. ir Voet, J. 2004. Biochemija. Johnas Wiley ir sūnūs, JAV.