URACIL: STRUKTUR, FUNKSJONER, EGENSKAPER, SYNTESE - BIOLOGI - 2026

Den uracil er en nukleobase pyrimidin-type, som finnes i den ribonukleinsyre (RNA). Dette er en av egenskapene som skiller RNA fra deoksyribonukleinsyre (DNA), siden sistnevnte har timin i stedet for uracil. Begge stoffene, uracil og tymin, skiller seg bare ut ved at sistnevnte har en metylgruppe.

Fra et evolusjonært synspunkt er det blitt foreslått at RNA var det første molekylet som lagret genetisk informasjon og fungerte som en katalysator i celler, før DNA og enzymer. På grunn av dette antas uracil å ha spilt en nøkkelrolle i utviklingen av livet.

Kilde: Kemikungen

I levende ting er uracil ikke funnet i den frie formen, men danner ofte nukleotider monofosfat (UMP), difosfat (UDP) og trifosfat (UTP). Disse uracil-nukleotidene har forskjellige funksjoner, som RNA og glykogenbiosyntese, isomer interkonversjon av sukker og regulering av glutaminsyntase.

Struktur og egenskaper

Uracil, kalt 2,4-dioxypyridine, har den empiriske formel C- ₄ H _4- N ₂ O ₂ , hvis molekylvekt er 112,09 g / mol, og renses som et hvitt pulver.

Strukturen til uridin er en heterocyklisk ring med fire karbonatomer og to nitrogenatomer, med vekslende dobbeltbindinger. Den er plan.

Den har en løselighet på 50 mg / ml, ved 25 ° C, i 1M natriumhydroksyd, og en pKa mellom 7,9 og 8,2. Bølgelengden der dens maksimale absorbans (ʎ _maks ) forekommer er mellom 258 og 260 nm.

biosyntesen

Det er en vanlig vei for pyrimidinnukleotidbiosyntese (uracil og cytokin). Det første trinnet er biosyntesen av karbamoylfosfat fra CO ₂ og NH ₄ ⁺ , som katalyseres av karbamoylfosfat syntetase.

Pyrimidin er konstruert av karboylfosfat og aspartat. Begge stoffene reagerer og danner N-karbamoylaspartat, en reaksjon katalysert av aspartat transcabamoylase (ATCase). Lukkingen av pyrimidinringen er forårsaket av dehydrering katalysert av dihydrootase og produserer L-dihydrorotat.

L-dihydrorotat oksideres og omdannes til orotat; elektronakseptoren er NAD ⁺ . Det er en reaksjon katalysert av dihydroorotatdehydrogenase. Neste trinn består av overføringen av fosforibosylgruppen, fra fosforibosylpyrofosfat (PRPP), til orotat. Det danner orotidylat (OMP) og uorganisk pyrofosfat (PPi), katalysert av orotatfosforibosyltransferase.

Det siste trinnet består av dekarboksylering av pyrimidinringen i orotidylatet (OMP). Det danner uridylat (uridin-5′-monofosfat, UMP), som katalyseres av en dekarboksylase.

Deretter, gjennom deltakelse av en kinase, overføres en fosfatgruppe fra ATP til UMP, og danner UDP (uridin-5'-difosfat). Det siste gjentas, og danner UTP (uridin-5--trifosfat).

Regulering av biosyntese

Hos bakterier skjer regulering av pyrimidinbiosyntese gjennom negativ tilbakemelding, på nivå med aspartat transcabamoylase (ATCase).

Dette enzymet blir hemmet av CTP (cytidin-5'-trifosfat), som er sluttproduktet til den biosyntetiske pyrimidinveien. ATCase har regulatoriske underenheter som binder seg til allosterisk regulator CTP.

Hos dyr skjer reguleringen av pyrimidinbiosyntese gjennom negativ tilbakemelding, på nivået av to enzymer: 1) karbamoylfosfatsyntase II, som er inhibert av UTP og aktivert av ATP og PRPP; og 2) OMP-dekarboksylase, som inhiberes av produktet av reaksjonen den katalyserer, UMP. Hastigheten for biosyntese av OMP varierer med tilgjengeligheten av PRPP.

Roll i RNA-biosyntese

Uracil er til stede i alle typer RNA, for eksempel messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA) og ribosomal RNA (rRNA). Biosyntesen av disse molekylene skjer gjennom en prosess som kalles transkripsjon.

Under transkripsjonen blir informasjonen i DNA kopiert til RNA av en RNA-polymerase. Den omvendte prosessen, der informasjonen i RNA kopieres til DNA, forekommer i noen virus og planter gjennom revers transkriptase.

RNA-biosyntese krever nukleosid-trifosfat (NTP), nemlig: uridin-trifosfat (UTP), cytidin-trifosfat (CTP), adenin-trifosfat (ATP) og guanin-trifosfat (GTP). Reaksjonen er:

(RNA) _{n rester} + NTP -> (RNA) _{n + 1} rest + PPi

Hydrolysen av uorganisk pyrofosfat (PPi) gir energien til RNA-biosyntese.

Roll i biosyntesen av sukker

Sukkerestere er veldig vanlige i levende organismer. Noen av disse esterne er nukleosidesterdifosfater, for eksempel UDP-sukker, som er veldig rikelig i celler. UDP-sukkerarter deltar i biosyntesen av disakkarider, oligosakkarider og polysakkarider.

Hos planter skjer sukrose-biosyntese gjennom to veier: en primær og en sekundær bane.

Hovedveien er overføring av D-glukose fra UDP-D-glukose til D-fruktose for å danne sukrose og UDP. Sekundærveien inkluderer to trinn: den begynner med UDP-D-glukose og fruktose-6-fosfat og ender med dannelsen av sukrose og fosfat.

I brystkjertlene oppstår laktosebiosyntese fra UDP-D-galaktose og glukose.

I planter blir cellulosebiosyntese utført ved kontinuerlig kondensering av beta-D-glukosylrester, fra UDP-glukose til den ikke-reduserende enden av den voksende polyglukosekjeden. Tilsvarende krever amylose og amylopectin biosyntese UDP-glukose som et glukosedonersubstrat til den voksende kjeden.

Hos dyr brukes både UDP-glukose og ADP-glukose til glykogenbiosyntese. Tilsvarende krever kondroitinsulfatbiosyntese UDP-xylose, UDP-galaktose og UDP-glukuronat.

Roll i den isomere interkonversjonen av sukker

Konvertering av galaktose til et mellomprodukt av glykolyse skjer gjennom Leloir-banen. Et av trinnene i denne veien er katalysert av enzymet UDP-galaktose-4-epimerase, som letter interkonversjonen av UDP-galaktose til UDP-glukose.

Roll i glykoproteinbiosyntese

Under glykoproteinbiosyntese krysser proteiner cis-, midt- og transsekkene på Golgi-apparatet.

Hver av disse sekkene har et sett med enzymer som behandler glykoproteiner. Sukkermonomerer, så som glukose og galaktose, tilsettes oligosakkaridet til proteinet fra UDP-heksose og andre nukleotider-heksose.

Hexose-nukleotidene fraktes til Golgi-sisternen med antiport. UDP-galaktose (UDP-Gal) og UDP-N-acetylgalactosamine (UDP-GalNAc) kommer inn i cisternae fra cytosol ved bytte mot UMP.

I Golgi-sisternen hydrolyserer en fosfatase en fosfatgruppe på UDP og danner UMP og Pi. UDP kommer fra reaksjoner katalysert av galaktosyltransferase og N-acetylgalactosamyltransferase. UMP dannet av fosfatase tjener til nukleotid-heksoseutveksling.

Roll i reguleringen av glutaminsyntase

En reguleringsmekanisme for glutaminsyntase er kovalent modifisering, som består av adenylering, som inaktiverer den, og dedenylering, som aktiverer den. Denne kovalente modifiseringen er reversibel og katalysert av adenyltransferase.

Adenyltransferase-aktivitet moduleres ved binding av PII-proteinet, som er regulert av en kovalent modifisering, uridinylering.

Både uridylering og deuridylering utføres ved uridylyltransferase. I dette enzymet skyldes uridyleringsaktivitet glutamin og fosfat, og aktiveres ved binding av alfa-ketoglutarat og ATP til PII.

Roll i RNA-redigering

Noen mRNA-er blir redigert før oversettelse. I noen eukaryote organismer, for eksempel Trypanosoma brucei, er det RNA-redigering av cytokromoksidase underenhet II-genutskrift. Dette skjer gjennom innsetting av uracilrester, en reaksjon katalysert av den terminale uridyltransferase.

En guide RNA, komplementær til det redigerte produktet, fungerer som en mal for redigeringsprosessen. Baseparene dannet mellom det første transkriptet og guide-RNA involverer G = U-basepar som ikke er Watson-Crick og er vanlige i RNA.

UDP-glukose-biosyntese

Under fysiologiske forhold er biosyntesen av glykogen fra glukose-1-fosfat termodynamisk umulig (ΔG-positiv). På grunn av dette, før biosyntese, skjer aktiveringen av glukose-1-fosfat (G1P). Denne reaksjonen kombinerer G1P og UTP for å danne uridindifosfatglukose (UDP-glukose eller UDPG).

Reaksjonen katalyseres av UDP-glukosepyrofosforylase, og er som følger:

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

Variasjonen i Gibbs fri energi i dette trinnet er stor og negativ (-33,5 KJ / mol). Under reaksjonen på oksygen angriper G1P alfa-fosforatomet i UTP og danner UDP-glukose og uorganisk pyrofosfat (PPi). Deretter hydrolyseres PPi av en uorganisk pyrofosfatase, hvis hydrolysenergi er det som driver den generelle reaksjonen.

UDP-glukose er et "høyt energi" stoff. Det gjør det mulig å danne glykosidbindinger mellom glukoseresten og den voksende polysakkaridkjeden. Det samme energiske prinsippet gjelder for reaksjoner der UDP-sukker deltar, for eksempel biosyntesen av disakkarider, oligosakkarider og glykoproteiner.

Uracil DNA-glykosylase

Det er DNA-lesjoner som oppstår spontant. En av disse lesjonene er spontan deaminering av cytokin, og den derav følgende konvertering til uracil. I dette tilfellet skjer reparasjon ved å fjerne den modifiserte basen fra DNA av et enzym kalt uracil DNA-glykosylase.

Enzymet uracil DNA-glykosylase fjerner det skadede cytokinet (uracil) og produserer en deoksyriboserest som mangler nitrogenbasen, kalt AP-stedet (apurin-apyrimidinic site).

Enzymet AP-endonuklease skjærer deretter gjennom fosfodiesterryggraden på AP-stedet, og fjerner sukker-fosfatresten. DNA-polymerase I gjenoppretter den skadede tråden.

referanser

1. Bohinski, R. 1991. Biokjemi. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
2. Devlin, TM 2000. Biokjemi. Redaksjonell Reverté, Barcelona.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Cellular and molecular biology. Redaksjonell Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sao Paulo.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Prinsipper for biokjemi. WH Freeman, New York.
5. Voet, D. og Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley og sønner, USA.