- Rakenne ja ominaisuudet
- biosynteesissä
- Biosynteesin säätely
- Pyrimidiinit, kuten sytosiini, kierrätetään
- Rooli DNA: n biosynteesissä
- Rooli DNA: n rakenteen stabiloimisessa
- Sytosiinirikasten alueiden toiminta DNA: ssa
- Rooli RNA: n biosynteesissä
- Rooli glykoproteiinien biosynteesissä
- Sytosiini- ja syöpäkemoterapeuttiset hoidot
- Viitteet
Sytosiini on pyrimidiini nukleoemäs tyyppi, joka palvelee biosynteesin sytidiini-5'-monofosfaatti ja deoksisytidiini-5'-monofosfaatti. Näitä yhdisteitä käytetään vastaavasti deoksiribonukleiinihapon (DNA) ja ribonukleiinihapon (RNA) biosynteesiin. DNA tallentaa geneettistä tietoa ja RNA: lla on erilaisia toimintoja.
Elävissä asioissa sytosiinia ei löydy vapaana, mutta se muodostaa yleensä ribonukleotideja tai deoksiribonukleotideja. Molemmissa yhdistetyypeissä on fosfaattiryhmä, riboosi ja typpiemäs.
Lähde: Vesprcom
Riboosin hiilellä 2 on hydroksyyliryhmä (-OH) ribonukleotideissa ja vetyatomi (-H) deoksiribonukleotideissa. Läsnä olevien fosfaattiryhmien lukumäärästä riippuen siellä on sytidiini-5'-monofosfaattia (CMP), sytidiini-5'-difosfaattia (CDP) ja sytidiini-5'-trifosfaattia (CTP).
Hapettuneiksi ekvivalenteiksi kutsutaan deoksisitidiini-5'-monofosfaattia (dCMP), deoksisytidiini-5'-difosfaattia (dCDP) ja deoksisitidiini-5'-trifosfaattia (dCTP).
Sytosiini eri muodoissaan osallistuu erilaisiin toimintoihin, kuten DNA: n ja RNA: n biosynteesi, glykoproteiinien biosynteesi ja geeniekspression säätely.
Rakenne ja ominaisuudet
Sytosiini, 4-amino-2-hydroksipyrimidiini, on empiirinen kaava C 4 H 5 N 3 O, jonka molekyylipaino on 111,10 g / mol, ja puhdistetaan valkoisena jauheena.
Sytosiinin rakenne on tasomainen aromaattinen heterosyklinen rengas. Suurimman absorbanssin aallonpituus (ʎ max) on 260 nm. Sytosiinin sulamislämpötila on yli 300 ºC.
Nukleotidin muodostamiseksi sytosiini kiinnittyy kovalenttisesti typen 1 kautta N-beeta-glykosidisidoksen kautta riboosin 1'-hiileen. 5'-hiili esteröidään fosfaattiryhmällä.
biosynteesissä
Pyrimidiinien nukleotidibiosynteesillä on yhteinen reitti, joka koostuu kuudesta entsyymikatalysoidusta vaiheesta. Reitti alkaa karbamoyylifosfaatin biosynteesillä. Prokaryooteissa on vain yksi entsyymi: karbamoyylifosfaattisyntaasi. Tämä on vastuussa pyrimidiinien ja glutamiinin synteesistä. Eukaryooteissa on karbamoyylifosfaattisyntaasia I ja II, jotka vastaavat vastaavasti glutamiinin ja pyrimidiinien biosynteesistä.
Toinen vaihe koostuu N-karbamoyyliaspartaatin muodostamisesta karboyylifosfaatista ja aspartaatista, reaktio, jota katalysoi aspartaattitranskaabamoylaasi (ATCase).
Kolmas vaihe on L-dihydrotrotaatin synteesi, joka aiheuttaa pyrimidiinirenkaan sulkeutumisen. Tätä vaihetta katalysoi dihydrootaasi.
Neljäs vaihe on orotaatin muodostuminen, joka on redox-reaktio, jota katalysoi dihydroorotaattidehydrogenaasi.
Viides vaihe koostuu orotidylaatin (OMP) muodostamisesta käyttämällä fosforibosyylipyrofosfaattia (PRPP) substraattina ja orotaatin fosforibosyylitransferaasia katalysaattorina.
Kuudes vaihe on uridylaatin (uridin-5'-monofosfaatti, UMP) muodostuminen, reaktio, jota katalysoi OMP-dekarboksylaasi.
Seuraavat vaiheet koostuvat UMP: n kinaasikatalysoidusta fosforyloinnista UTP: n muodostamiseksi ja aminoryhmän siirrosta glutamiinista UTP: lle CTP: n muodostamiseksi, reaktiota, jota katalysoi CTP-syntetaasi.
Biosynteesin säätely
Nisäkkäissä säätely tapahtuu sytosolista löytyvän entsyymin karbamoyylifosfaattisyntaasin II tasolla, kun taas karbamoyylifosfaattisyntaasi I on mitokondriaalinen.
Karbamoyylifosfaattisyntaasia II säätelee negatiivinen palaute. Sen säätelijät, UTP ja PRPP, ovat vastaavasti tämän entsyymin estäjät ja aktivaattorit.
Muissa kuin maksakudoksissa karbamoyylifosfaattisyntaasi II on ainoa karbamoyylifosfaatin lähde. Maksassa ollessaan liiallisessa ammoniakin olosuhteissa karbamoyylifosfaattisyntaasi I tuottaa mitokondrioissa karbamoyylifosfaattia, joka kuljetetaan sytosoliin, josta se tulee pyrimidiinin biosynteesireitille.
Toinen säätelykohta on OMP-dekarboksylaasi, jota säätelee kilpaileva esto. Sen reaktiotuote, UMP, kilpailee OMP: n kanssa OMP-dekarboksylaasin sitoutumiskohdasta.
Pyrimidiinit, kuten sytosiini, kierrätetään
Pyrimidiinien kierrätyksen tehtävänä on pyrimidiinien uudelleenkäyttö ilman tarvetta de novo -biosynteesille ja välttämällä hajoamisreitti. Kierrätysreaktiota katalysoi pyrimimidiinifosforibosyylitransferaasi. Yleinen reaktio on seuraava:
Pyrimidiini + PRPP -> pyrimidiininukleosidi-5'-monofosfaatti + PPi
Selkärankaisilla pyrimimidiinifosforibosyylitransferaasi löytyy punasoluista. Tämän entsyymin substraattipyrimidiinit ovat urasiili, tymiini ja orotaatti. Sytosiini kierrätetään epäsuorasti uridiini-5'-monofosfaatista.
Rooli DNA: n biosynteesissä
DNA: n replikaation aikana DNA: ssa oleva tieto kopioidaan DNA: han DNA-polymeraasin avulla.
RNA: n biosynteesi vaatii deoksinukleotiditrifosfaattia (dNTP), nimittäin: deoksitymidiinitrifosfaattia (dTTP), deoksisytidiinitrifosfaattia (dCTP), deoksyadeniinitrifosfaattia (dATP) ja deoksiguaniinitrifosfaattia (dGTP). Reaktio on:
(DNA) n tähteet + dNTP -> (DNA) n + 1 tähde + PPi
Epäorgaanisen pyrofosfaatin (PPi) hydrolyysi tarjoaa energian RNA: n biosynteesille.
Rooli DNA: n rakenteen stabiloimisessa
DNA-kaksoiskierroksessa yksijuosteinen puriini on kytketty vastakkaisella juosteella olevaan pyrimidiiniin vedyssidoksilla. Täten sytosiini on aina kytketty guaniiniin kolmella vety sidoksella: adeniini on kytketty tymiiniin kahdella vety sidoksella.
Vety sidokset rikkoutuvat, kun puhdistetun natiivin DNA: n liuos, pH 7, altistetaan yli 80 ºC lämpötiloille. Tämä saa aikaan DNA-kaksoiskierre muodostamaan kaksi erillistä säiettä. Tätä prosessia kutsutaan denaturoitumiseksi.
Lämpötila, jossa 50% DNA: sta denaturoituu, tunnetaan sulamislämpötilana (Tm). DNA-molekyyleillä, joiden guaniinin ja sytosiinin suhde on korkeampi kuin tymiinin ja adeniinin, Tm-arvot ovat korkeammat kuin sellaisten, joiden emässuhde on käänteinen.
Edellä kuvattu on kokeellinen todiste siitä, että suurempi määrä vety sidoksia stabiloi paremmin natiivit DNA-molekyylit.
Sytosiinirikasten alueiden toiminta DNA: ssa
Äskettäin havaittiin, että ihmisen solujen ytimestä peräisin oleva DNA voi omaksua interspersed motiivi (iM) -rakenteet. Nämä rakenteet esiintyvät alueilla, joissa on runsaasti sytosiinia.
IM-rakenne koostuu neljästä DNA-juosteesta, toisin kuin klassisessa kaksijuosteisessa DNA: ssa, jossa on kaksi juostetta. Tarkemmin sanottuna, kaksi rinnakkaista dupleksi- ketjua on integroitu antiparalleliseen orientaatioon, ja niitä pitää yhdessä pari hemiprotonoituja sytosiineja (C: C +).
Ihmisen genomissa iM-rakenteita löytyy alueilta, kuten promoottorit ja telomeerit. IM-rakenteiden lukumäärä on suurempi solusyklin G1 / S-vaiheen aikana, jossa transkriptio on korkea. Nämä alueet ovat proteiinien tunnistuskohtia, jotka osallistuvat transkriptionaalisen koneiston aktivointiin.
Toisaalta alueilla, joissa on runsaasti peräkkäisiä guaniiniemäsparia (C), DNA: lla on taipumus omaksua A-spiraalin muoto dehydratoivissa olosuhteissa. Tämä muoto on tyypillinen RNA: n ja DNA-RNA: n kaksoisnauhoille transkription ja replikaation aikana ja tietyinä ajankohtina, kun DNA on sitoutunut proteiineihin.
Peräkkäisten sytosiinin emäalueiden on osoitettu luoneen sähköpositiivista laastaria DNA: n päärakoon. Siksi näiden alueiden uskotaan sitoutuvan proteiineihin, altistaen tietyt genomiset alueet geneettiselle hauraudelle.
Rooli RNA: n biosynteesissä
Transkription aikana DNA: n sisältämä tieto kopioidaan RNA: hon RNA-polymeraasin avulla. RNA: n biosynteesi vaatii nukleosiditrifosfaattia (NTP), nimittäin: sytidiinitrifosfaattia (CTP), uridiinitrifosfaattia (UTP), adeniinitrifosfaattia (ATP) ja guaniinitrifosfaattia (GTP). Reaktio on:
(RNA) n tähteet + NTP -> (RNA) n + 1 tähde + PPi
Epäorgaanisen pyrofosfaatin (PPi) hydrolyysi tarjoaa energian RNA: n biosynteesille.
Rooli glykoproteiinien biosynteesissä
Heksoosien peräkkäinen siirto proteiineihin O-kytkettyjen oligosakkaridien muodostamiseksi tapahtuu nukleotidiprekursoreista.
Selkärankaisilla O-kytkettyjen oligosakkaridien biosynteesin viimeinen vaihe koostuu kahden siaalihappotähteen (N-asetyylieuramiinihapon) lisäämisestä sytidiini-5'-monofosfaatin (CMP) edeltäjältä. Tämä reaktio tapahtuu trans-Golgin pussissa.
Sytosiini- ja syöpäkemoterapeuttiset hoidot
Tetrahydrofolaatti happo (Flt4) on lähde-CH 3 ryhmien, ja tarvitaan biosynteesiä dTMP peräisin dUMP. Lisäksi muodostuu FH2. FH2: n pelkistäminen FH4: ksi vaatii folaatin ja NADPH: n reduktaasin. Joitakin folaattireduktaasinestäjiä, kuten aminopteriinia ja metotreksaattia, käytetään syövän hoidossa.
Metotreksaani on kilpailukykyinen estäjä. Folaattireduktaasi sitoutuu sata kertaa enemmän affiniteettia tähän inhibiittoriin kuin sen substraattiin. Aminopteriini toimii samalla tavalla.
Folaattireduktaasin estäminen estää epäsuorasti dTMP: n ja siten dCTP: n biosynteesiä. Suora esto tapahtuu tymidylaattisyntetaasientsyymin estäjillä, jotka katalysoivat dTMP: tä dUMP: stä. Nämä estäjät ovat 5-fluoriurasiili ja 5-fluori-2-deoksiuridiini.
Esimerkiksi 5-fluoroasyyli ei itsessään ole inhibiittori, mutta muuttuu kierrätysreitillä ensin deoksiuridiinifosfaatiksi d (FdUMP), joka sitoo ja estää tymidylaattisyntetaasia.
Glutamiinin, atsaseriinin ja acivisiinin kanssa analogiset aineet estävät glutamiiniamidotransferaasia. Azariini oli yksi ensimmäisistä aineista, joiden havaittiin toimivan itsemurhan inaktivaattorina.
Viitteet
- Assi, HA, Garavís, M., González, C. ja Damha, MJ 2018. i-Motif DNA: rakenteelliset piirteet ja merkitys solubiologialle. Nuclei Acids Research, 46: 8038 - 8056.
- Bohinski, R. 1991. Biokemia. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
- Devlin, TM 2000. Biokemia. Toimituksellinen käännös, Barcelona.
- Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Solu- ja molekyylibiologia. Toimituksellinen Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Meksiko, Sāo Paulo.
- Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Biokemian periaatteet. WH Freeman, New York.
- Voet, D. ja Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley and Sons, Yhdysvallat.