CYTOSIN: STRUKTUR, FUNKTIONER, EGENSKAPER, SYNTES - BIOLOGI - 2025

Den cytosin är en pyrimidin-nukleobas typ, som tjänar för biosyntesen av cytidin-5'-monofosfat och deoxicytidin-5'-monofosfat. Dessa föreningar tjänar till biosyntes respektive av deoxiribonukleinsyra (DNA) och ribonukleinsyra (RNA). DNA lagrar genetisk information och RNA har olika funktioner.

I levande saker hittas cytosin inte fritt utan bildar vanligtvis ribonukleotider eller deoxiribonukleotider. Båda typerna av föreningar har en fosfatgrupp, en ribos och en kvävebas.

Källa: Vesprcom

Kolos 2 av ribos har en hydroxylgrupp (-OH) i ribonukleotider och en väteatom (-H) i deoxiribonukleotider. Beroende på antalet närvarande fosfatgrupper finns det cytidin-5'-monofosfat (CMP), cytidin-5'-difosfat (CDP) och cytidin-5'-trifosfat (CTP).

De deoxygenerade ekvivalenterna kallas deoxycytidin-5 mon-monofosfat (dCMP), deoxycytidin-5'-difosfat (dCDP) och deoxycytidine-5'-trifosfat (dCTP).

Cytosin, i dess olika former, deltar i olika funktioner, såsom DNA- och RNA-biosyntes, glykoproteinbiosyntes och reglering av genuttryck.

Struktur och egenskaper

Cytosin, 4-amino-2-hydroxipyrimidin, har den empiriska formeln C ₄ H ₅ N ₃ O, vars molekylvikt är 111,10 g / mol, och renas som ett vitt pulver.

Strukturen för cytosin är en plan aromatisk heterocyklisk ring. Våglängden för maximal absorbans (ʎ _max ) är 260 nm. Cytosins smälttemperatur överstiger 300 ° C.

För att bilda en nukleotid fästes cytosin kovalent, genom kväve 1, via en N-beta-glykosidbindning till 1'-kolet i ribos. 5'-kolet förestras med en fosfatgrupp.

Biosyntes

Nukleotidbiosyntesen av pyrimidiner har en gemensam väg, bestående av sex enzymkatalyserade steg. Banan börjar med biosyntes av karbamoylfosfat. I prokaryoter finns det bara ett enzym: karbamoylfosfatsyntas. Detta ansvarar för syntesen av pyrimidiner och glutamin. I eukaryoter finns det karbamoylfosfatsyntas I respektive II som är ansvariga för biosyntesen av glutamin och pyrimidiner.

Det andra steget består av bildningen av N-karbamoylaspartat, från karboylfosfat och aspartat, en reaktion katalyserad av aspartattranscabamoylas (ATCas).

Det tredje steget är syntesen av L-dihydrorotat, vilket orsakar tillslutningen av pyrimidinringen. Detta steg katalyseras av dihydrootas.

Det fjärde steget är bildandet av orotat, som är en redoxreaktion katalyserad av dihydroorotatdehydrogenas.

Det femte steget består av bildningen av orotidylat (OMP) med användning av fosforibosylpyrofosfat (PRPP) som ett substrat och orotatfosforibosyltransferas som katalysator.

Det sjätte steget är bildningen av uridylat (uridin-5'-monofosfat, UMP), en reaktion katalyserad av ett OMP-dekarboxylas.

Nästa steg består av fosforylering av UMP, katalyserad av kinaser, för att bilda UTP, och överföringen av en aminogrupp från glutamin till UTP för att bilda CTP, en reaktion katalyserad av CTP-syntetas.

Reglering av biosyntes

Hos däggdjur sker reglering vid nivån av karbamoylfosfatsyntas II, ett enzym som finns i cytosolen, medan karbamoylfosfatsyntas I är mitokondriellt.

Karbamoylfosfatsyntas II regleras av negativ återkoppling. Dess regulatorer, UTP och PRPP, är respektive hämmare och aktivator av detta enzym.

I icke-levervävnader är karbamoylfosfatsyntas II den enda källan till karbamoylfosfat. Medan i levern, under förhållanden med överskott av ammoniak, producerar karbamoylfosfatsyntas I, i mitokondrierna, karbamoylfosfat, som transporteras till cytosolen, varifrån det går in i pyrimidinbiosyntesvägen.

En annan punkt för reglering är OMP-dekarboxylas, som regleras av konkurrerande hämning. Dess reaktionsprodukt, UMP, tävlar med OMP om bindningsstället för OMP-dekarboxylas.

Pyrimidiner, som cytosin, återvinns

Återvinning av pyrimidiner har funktionen att återanvända pyrimidiner utan behov av de novo biosyntes och undvika den nedbrytande vägen. Återvinningsreaktionen katalyseras av pyrimimidinfosforibosyltransferas. Den allmänna reaktionen är som följer:

Pyrimidin + PRPP -> pyrimidinnukleosid 5'-monofosfat + PPi

I ryggradsdjur finns pyrimimidinfosforibosyltransferas i erytrocyter. Substratpyrimidinerna för detta enzym är uracil, tymin och orotat. Cytosin återvinns indirekt från uridin-5′-monofosfat.

Roll i DNA-biosyntes

Under DNA-replikering kopieras informationen i DNA till DNA av ett DNA-polymeras.

RNA-biosyntes kräver deoxynukleotid-trifosfat (dNTP), nämligen: deoxytymidin-trifosfat (dTTP), deoxycytidintri-fosfat (dCTP), deoxyadenintrifosfat (dATP) och deoxyguanintrifosfat (dGTP). Reaktionen är:

(DNA) _{n rester} + dNTP -> (DNA) _{n + 1} rest + PPi

Hydrolysen av oorganiskt pyrofosfat (PPi) ger energi för RNA-biosyntes.

Roll för att stabilisera DNA-strukturen

I den dubbla helixen av DNA är en ensträngad purin kopplad till den motsatt strängade pyrimidinen med vätebindningar. Således är cytosin alltid kopplat till guanin med tre vätebindningar: adenin är kopplat till tymin med två vätebindningar.

Vätebindningar bryts när en lösning av renat nativt DNA, vid pH 7, utsätts för temperaturer över 80 ° C. Detta gör att DNA-dubbelhelix bildar två separata strängar. Denna process kallas denaturering.

Temperaturen vid vilken 50% DNA denatureras är känd som smälttemperaturen (Tm). DNA-molekyler vars förhållande guanin och cytosin är högre än tymin och adenin har högre Tm-värden än de vars basförhållande är omvänd.

Ovan beskrivna utgör det experimentella beviset att ett större antal vätebindningar bättre stabiliserar de nativa DNA-molekylerna.

Funktion för cytosinrika regioner i DNA

Nyligen konstaterades det att DNA från kärnan i mänskliga celler kan anta sammanväxta motiv (iM) strukturer. Dessa strukturer förekommer i regioner som är rika på cytosin.

IM-strukturen består av fyra DNA-strängar, till skillnad från klassiskt dubbelsträngat DNA som har två strängar. Mer specifikt är två parallella duplexkedjor isär varandra i en antiparallell orientering och hålls samman av ett par hemiprotonerade cytosiner (C: C ⁺ ).

I det mänskliga genomet finns iM-strukturer i regioner såsom promotorer och telomerer. Antalet iM-strukturer är högre under G1 / S-fasen i cellcykeln, där transkriptionen är hög. Dessa regioner är proteinigenkänningsställen som är involverade i aktiveringen av transkriptionsmaskineriet.

Å andra sidan, i de regioner som är rika på i följd guaninbaspar (C) tenderar DNA: t att anta A-spiralformen under dehydratiseringsförhållanden. Denna form är typisk för RNA- och DNA-RNA-dubbelband under transkription och replikering, och vid vissa tidpunkter när DNA är bundet till proteiner.

På varandra följande basregioner av cytosin har visats skapa en elektropositiv plåstring i den stora klyftan av DNA. Således tros dessa regioner binda till proteiner och predisponerar vissa genomiska regioner för genetisk bräcklighet.

Roll i RNA-biosyntes

Under transkription kopieras informationen i DNA i RNA av ett RNA-polymeras. RNA-biosyntes kräver nukleosidtrifosfat (NTP), nämligen: cytidintrifosfat (CTP), uridintrifosfat (UTP), adenintrifosfat (ATP) och guanintrifosfat (GTP). Reaktionen är:

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

Hydrolysen av oorganiskt pyrofosfat (PPi) ger energi för RNA-biosyntes.

Roll i biosyntes av glykoprotein

Den sekventiella överföringen av hexoser för att bilda oligosackarider, O-bundna till proteiner, sker från nukleotidprekursorer.

I ryggradsdjur består det sista steget av O-kopplad oligosackaridbiosyntes av tillsatsen av två sialinsyrarester (N-acetylneuramin) från en cytidin-5'-monofosfat (CMP) -prekursor. Denna reaktion inträffar i transgolgsäcken.

Cytosin och cancer kemoterapeutiska behandlingar

Tetrahydrofolat-syra (FH4) är en källa för -CH ₃ grupper , och är nödvändigt för biosyntesen av dTMP från dUMP. Dessutom bildas FH2. Reduktionen av FH2 till FH4 kräver ett reduktas av folat och NADPH. Vissa folatreduktasinhibitorer, såsom aminopterin och metotrexat, används i cancerbehandlingar.

Methotrexan är en konkurrenshämmare. Folatreduktas binder med 100 gånger mer affinitet till denna hämmare än till dess substrat. Aminopterin fungerar på liknande sätt.

Inhiberingen av folatreduktas hindrar indirekt biosyntesen av dTMP, och därför den för dCTP. Direkt hämning sker av hämmare av tymidylatsyntetasenzym, som katalyserar dTMP från dUMP. Dessa hämmare är 5-fluorouracil och 5-fluoro-2-deoxyuridin.

Till exempel är 5-fluoroacyl inte i sig en hämmare utan omvandlas först, i återvinningsvägen, till deoxyuridin mfosfat d (FdUMP), som binder och hämmar tymidylatsyntetas.

Ämnen som är analoga med glutamin, azaserin och acivicin, hämmar glutaminamidotransferas. Azarin var ett av de första ämnena som upptäcktes för att fungera som självmordsinaktiverare.

referenser

1. Assi, HA, Garavís, M., González, C. och Damha, MJ 2018. i-Motif DNA: strukturella egenskaper och betydelse för cellbiologi. Nuclei Acids Research, 46: 8038-8056.
2. Bohinski, R. 1991. Biokemi. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
3. Devlin, TM 2000. Biokemi. Redaktör Reverté, Barcelona.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Cellular and molecular biology. Redaktion Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexiko, Sao Paulo.
5. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Principer för biokemi. WH Freeman, New York.
6. Voet, D. och Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley och söner, USA.