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

Den uracil är en pyrimidin-nukleobas typ, som finns i ribonukleinsyra (RNA). Detta är en av egenskaperna som skiljer RNA från deoxyribonukleinsyra (DNA), eftersom den senare har tymin istället för uracil. Båda substanserna, uracil och tymin, skiljer sig endast på det att de senare har en metylgrupp.

Ur evolutionär synvinkel har det föreslagits att RNA var den första molekylen som lagrade genetisk information och fungerade som en katalysator i celler, före DNA och enzymer. På grund av detta anses uracil ha spelat en nyckelroll i utvecklingen av livet.

Källa: Kemikungen

I levande saker finns uracil inte i fri form, utan bildar vanligtvis nukleotider monofosfat (UMP), difosfat (UDP) och trifosfat (UTP). Dessa uracilnukleotider har olika funktioner, såsom RNA och glykogenbiosyntes, isomer interkonvertering av sockerarter och reglering av glutaminsyntas.

Struktur och egenskaper

Uracil, kallad 2,4-dioxypyridine, har den empiriska formeln C ₄ H ₄ N ₂ O ₂ , vars molekylvikt är 112,09 g / mol, och renas som ett vitt pulver.

Strukturen hos uridin är en heterocyklisk ring med fyra kolatomer och två kväveatomer med växlande dubbelbindningar. Det är plant.

Den har en löslighet på 50 mg / ml, vid 25 ° C, i 1 M natriumhydroxid och en pKa mellan 7,9 och 8,2. Våglängden där dess maximala absorbans (ʎ _max ) inträffar är mellan 258 och 260 nm.

Biosyntes

Det finns en vanlig väg för pyrimidin nukleotidbiosyntes (uracil och cytokin). Det första steget är biosyntesen av karbamoyl fosfat från CO ₂ och NH ₄ ⁺ , som katalyseras av karbamylfosfatsyntetas.

Pyrimidin är konstruerad av karboylfosfat och aspartat. Båda substanserna reagerar och bildar N-karbamoylaspartat, en reaktion katalyserad av aspartattranscabamoylas (ATCas). Stängningen av pyrimidinringen orsakas av dehydrering katalyserad av dihydrootas och producerar L-dihydrorotat.

L-dihydrorotat oxideras och omvandlas till orotat; elektronacceptorn är NAD ⁺ . Det är en reaktion katalyserad av dihydroorotatdehydrogenas. Nästa steg består av överföringen av fosforibosylgruppen, från fosforibosylpyrofosfat (PRPP), till orotat. Det bildar orotidylat (OMP) och oorganiskt pyrofosfat (PPi), katalyserat av orotatfosforibosyltransferas.

Det sista steget består av dekarboxylering av pyrimidinringen i orotidylatet (OMP). Det bildar uridylat (uridin-5'-monofosfat, UMP), som katalyseras av ett dekarboxylas.

Sedan, genom deltagande av ett kinas, överförs en fosfatgrupp från ATP till UMP och bildar UDP (uridin-5'-difosfat). Den senare upprepas och bildar UTP (uridin-5'-trifosfat).

Reglering av biosyntes

Hos bakterier sker reglering av pyrimidinbiosyntes genom negativ återkoppling, i nivå med aspartattranscabamoylas (ATCas).

Detta enzym hämmas av CTP (cytidin-5'-trifosfat), som är slutprodukten av den biosyntetiska pyrimidinvägen. ATCase har regulatoriska underenheter som binder till den allosteriska regulatorn CTP.

Hos djur sker regleringen av pyrimidinbiosyntes genom negativ återkoppling, på nivån av två enzymer: 1) karbamoylfosfatsyntas II, som hämmas av UTP och aktiveras av ATP och PRPP; och 2) OMP-dekarboxylas, som hämmas av produkten från reaktionen som den katalyserar, UMP. Hastigheten för biosyntes av OMP varierar med tillgängligheten av PRPP.

Roll i RNA-biosyntes

Uracil finns i alla typer av RNA, såsom messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA) och ribosomal RNA (rRNA). Biosyntesen av dessa molekyler sker genom en process som kallas transkription.

Under transkription kopieras informationen i DNA i RNA av ett RNA-polymeras. Den omvända processen, i vilken informationen i RNA kopieras till DNA, förekommer i vissa virus och växter genom omvänd transkriptas.

RNA-biosyntes kräver nukleosidtrifosfat (NTP), nämligen: uridintrifosfat (UTP), cytidintrifosfat (CTP), 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 biosyntesen av socker

Sockerestrar är mycket vanliga i levande organismer. Vissa av dessa estrar är nukleosidesterfosfater, såsom UDP-sockerarter, som är mycket rikliga i celler. UDP-sockerarter deltar i biosyntesen av disackarider, oligosackarider och polysackarider.

Hos växter sker sackarosbiosyntes genom två vägar: en primär och en sekundär väg.

Huvudvägen är överföringen av D-glukos från UDP-D-glukos till D-fruktos för att bilda sackaros och UDP. Den sekundära vägen inkluderar två steg: den börjar med UDP-D-glukos och fruktos-6-fosfat och slutar med bildningen av sackaros och fosfat.

I bröstkörtlarna sker laktosbiosyntes från UDP-D-galaktos och glukos.

I växter utförs cellulosabiosyntes genom kontinuerlig kondensation av beta-D-glukosylrester, från UDP-glukos till den icke-reducerande änden av den växande polyglukoskedjan. På liknande sätt kräver amylos- och amylopektinbiosyntes UDP-glukos som ett glukosdonatorsubstrat till den växande kedjan.

Hos djur används både UDP-glukos och ADP-glukos för glykogenbiosyntes. På liknande sätt kräver biosyntes av kondroitinsulfat UDP-xylos, UDP-galaktos och UDP-glukuronat.

Roll i den isomera omvandlingen av socker

Omvandlingen av galaktos till en mellanprodukt av glykolys sker genom Leloir-vägen. Ett av stegen i denna väg katalyseras av enzymet UDP-galaktos-4-epimeras, vilket underlättar omvandlingen av UDP-galaktos till UDP-glukos.

Roll i biosyntes av glykoprotein

Under glykoproteinbiosyntesen går proteiner genom Golgi-apparatens cis-, mitten- och transsack.

Var och en av dessa säckar har en uppsättning enzymer som bearbetar glykoproteiner. Sockermonomerer, såsom glukos och galaktos, sättes till oligosackariden av proteinet från UDP-hexos och andra nukleotider-hexos.

Hexosnukleotiderna transporteras till Golgi-cisternerna med antiport. UDP-galaktos (UDP-Gal) och UDP-N-acetylgalaktosamin (UDP-GalNAc) kommer in i cisternerna från cytosolen genom utbyte mot UMP.

I Golgi-cisternen hydrolyserar ett fosfatas en fosfatgrupp på UDP och bildar UMP och Pi. UDP kommer från reaktioner katalyserade av galaktosyltransferas och N-acetylgalaktosamyltransferas. UMP bildat av fosfatas tjänar till utbyte av nukleotid-hexos.

Roll i regleringen av glutaminsyntas

En regleringsmekanism för glutaminsyntas är kovalent modifiering, som består av adenylering, som inaktiverar det, och dedenylering, som aktiverar det. Denna kovalenta modifiering är reversibel och katalyserad av adenyltransferas.

Adenyltransferasaktivitet moduleras av bindningen av PII-proteinet, vilket regleras av en kovalent modifiering, uridinylering.

Både uridylering och deuridylering utförs med uridylyltransferas. I detta enzym beror uridyleringsaktivitet på glutamin och fosfat och aktiveras genom bindning av alfa-ketoglutarat och ATP till PII.

Roll i RNA-redigering

Vissa mRNA redigeras före översättning. I vissa eukaryota organismer, såsom Trypanosoma brucei, finns det RNA-redigering av transkriptet av cytokromoxidas underenhet II-genen. Detta sker genom införande av uracilrester, en reaktion katalyserad av det terminala uridyltransferaset.

En guide-RNA, komplement till den redigerade produkten, fungerar som en mall för redigeringsprocessen. Basparna som bildas mellan det initiala transkriptet och guiden RNA involverar G = U-baspar som inte är Watson-Crick och är vanliga i RNA.

UDP-glukosbiosyntes

Under fysiologiska förhållanden är biosyntesen av glykogen från glukos-1-fosfat termodynamiskt omöjlig (ΔG-positiv). På grund av detta före biosyntesen sker aktiveringen av glukos-1-fosfat (G1P). Denna reaktion kombinerar G1P och UTP för att bilda uridindifosfatglukos (UDP-glukos eller UDPG).

Reaktionen katalyseras av UDP-glukospyrofosforylas och är som följer:

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

Variationen i fri energi från Gibbs i detta steg är stor och negativ (-33,5 KJ / mol). Under reaktionen på syre attackerar G1P alfa-fosforatomen i UTP och bildar UDP-glukos och oorganiskt pyrofosfat (PPi). Därefter hydrolyseras PPi av ett oorganiskt pyrofosfatas, vars hydrolysenergi är det som driver den allmänna reaktionen.

UDP-glukos är ett ämne "högenergi". Det gör det möjligt att bilda glykosidbindningarna mellan glukosresten och den växande polysackaridkedjan. Samma energiprincip är tillämplig på reaktioner där UDP-sockerarter deltar, såsom biosyntes av disackarider, oligosackarider och glykoproteiner.

Uracil DNA-glykosylas

Det finns DNA-lesioner som uppstår spontant. En av dessa skador är den spontana deamineringen av cytokin och dess följd omvandling till uracil. I detta fall sker reparation genom att ta bort den modifierade basen från DNA av ett enzym som kallas uracil DNA-glykosylas.

Enzymet uracil DNA-glykosylas tar bort det skadade cytokinet (uracil) och producerar en deoxiribosrest som saknar kvävebasen, kallad AP-stället (apurin-apyrimidinic site).

Enzymet AP-endonukleas skär sedan igenom fosfodiesterryggraden på AP-stället och avlägsnar sockerfosfatresten. DNA-polymeras I återställer den skadade strängen.

referenser

1. Bohinski, R. 1991. Biokemi. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
2. Devlin, TM 2000. Biokemi. Redaktör Reverté, Barcelona.
3. 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.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Principer för biokemi. WH Freeman, New York.
5. Voet, D. och Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley och söner, USA.