CITOZIN: STRUKTURA, FUNKCIJE, SVOJSTVA, SINTEZA - BIOLOGIJA - 2026

Citozin je tip pirimidinske nukleobaze služi za biosintezu citidin-5'-monofosfat i 5'-monofosfat deoksicitidinom. Ovi spojevi služe za biosintezu deoksiribonukleinske kiseline (DNA) i ribonukleinske kiseline (RNA). DNA pohranjuje genetske informacije i RNA ima različite funkcije.

U živim bićima citozin nije pronađen slobodan, ali obično tvori ribonukleotide ili deoksiribonukleotide. Obje vrste spoja imaju fosfatnu skupinu, ribozu i dušičnu bazu.

Izvor: Vesprcom

Ugljikov 2 riboza ima hidroksilnu skupinu (-OH) u ribonukleotidima, a vodikov atom (-H) u deoksiribonukleotidima. Ovisno o broju prisutnih fosfatnih skupina, postoje citidin-5'-monofosfat (CMP), citidin-5'-difosfat (CDP) i citidin-5'-trifosfat (CTP).

Deoksigenirani ekvivalenti nazivaju se deoksicitidin-5'-monofosfat (dCMP), deoksicitidin-5'-difosfat (dCDP) i deoksicitidin-5'-trifosfat (dCTP).

Citozin u različitim oblicima sudjeluje u različitim funkcijama, kao što su biosinteza DNA i RNA, biosinteza glikoproteina i regulacija ekspresije gena.

Struktura i svojstva

Citozin, 4-amino-2-hidroksipirimidin, ima empirijsku formulu C ₄ H ₅ N ₃ O, čija je molekulska masa 111,10 g / mol, te se pročisti kao bijeli prah.

Struktura citozina je ravan aromatični heterociklički prsten. Valna duljina maksimalne apsorbancije (ʎ _max) iznosi 260 nm. Temperatura taljenja citozina prelazi 300ºC.

Da bi nastao nukleotid, citozin se kovalentno veže, kroz dušik 1, N-beta-glikozidnom vezom na 1 'ugljik riboze. 5 'ugljik je esterificiran s fosfatnom skupinom.

biosinteza

Nukleotidna biosinteza pirimidina ima zajednički put koji se sastoji od šest koraka kataliziranih enzimima. Put započinje biosintezom karbamoil fosfata. U prokariotima postoji samo jedan enzim: karbamoil fosfat sintaza. Ovo je odgovorno za sintezu pirimidina i glutamina. U eukariotama postoje karbamoil fosfat sintaza I i II, koji su odgovorni za biosintezu glutamina i pirimidina.

Drugi se korak sastoji od stvaranja N-karbamoilaspartata, iz karboil fosfata i aspartata, reakcije katalizirane aspartat transkabamoilazom (ATCase).

Treći korak je sinteza L-dihidrorotata, koji uzrokuje zatvaranje pirimidinskog prstena. Ovaj korak katalizira dihidrootaza.

Četvrti korak je stvaranje orotata, koji je redoks reakcija katalizirana dihidroorotat dehidrogenazom.

Peti korak sastoji se od stvaranja orotidilata (OMP) koristeći fosforibozil-pirofosfat (PRPP) kao supstrat, i orotat fosforibosil-transferaze kao katalizatora.

Šesti korak je stvaranje uridilata (uridin-5'-monofosfat, UMP), reakcija katalizirana OMP-dekarboksilazom.

Sljedeći se koraci sastoje od fosforilacije UMP-a katalizirane kinazom do stvaranja UTP-a i prijenosa amino skupine iz glutamina u UTP u tvorbu CTP, reakcije katalizirane CTP sintetazom.

Regulacija biosinteze

Kod sisavaca se regulacija odvija na razini karbamoil fosfat sintaze II, enzima koji se nalazi u citosolu, dok je karbamoil fosfat sintaza I mitohondrijalni.

Karbamoil fosfat sintaza II regulirana je negativnim povratnim informacijama. Njegovi regulatori, UTP i PRPP, su inhibitori i aktivator ovog enzima.

U tkivima bez jetre karbamoil fosfat sintaza II jedini je izvor karbamoil fosfata. Dok se u jetri, u uvjetima viška amonijaka, karbamoil fosfat sintaza I stvara u mitohondrijama karbamoil fosfat koji se transportira u citosol, odakle ulazi u put biosinteze pirimidina.

Druga točka regulacije je OMP-dekarboksilaza, koja je regulirana konkurentnom inhibicijom. Njegov reakcijski produkt, UMP, konkurira OMP-u za mjesto vezanja na OMP-dekarboksilazu.

Pirimidini se, poput citozina, recikliraju

Recikliranje pirimidina ima funkciju ponovne upotrebe pirimidina bez potrebe za novom biosintezom i izbjegavanjem degradacijskog puta. Reakcija recikliranja katalizira pirimimidin fosforibosiltransferaza. Opća reakcija je sljedeća:

Pirimidin + PRPP -> pirimidinski nukleozid 5'-monofosfat + PPi

Kod kralježnjaka se u eritrocitima nalazi pirimimidin fosforibosiltransferaza. Supstratni pirimidini za ovaj enzim su uracil, timin i orotat. Citozin se neizravno reciklira iz uridin-5'-monofosfata.

Uloga u biosintezi DNK

Tijekom replikacije DNA informacije sadržane u DNK kopiraju se u DNK pomoću DNK polimeraze.

Za biosintezu RNK potrebno je deoksinukleotid trifosfat (dNTP), i to: deoksitimidin trifosfat (dTTP), deoksicitidin trifosfat (dCTP), deoksiadenin trifosfat (dATP) i deoksiguanin trifosfat (dGTP). Reakcija je:

(DNK) _{n ostataka} + dNTP -> (DNK) _{n + 1} ostatak + PPi

Hidroliza neorganskog pirofosfata (PPi) daje energiju za biosintezu RNA.

Uloga u stabilizaciji strukture DNK

U dvostrukoj spirali DNA, jednolančani purin povezan je vodikovim vezama s pirimidinom sa suprotnim lancem. Dakle, citozin je uvijek povezan s gvaninom pomoću tri vodikove veze: adenin je povezan s timinom pomoću dvije vodikove veze.

Vodikove veze se prekidaju kad se otopina pročišćene nativne DNK, na pH 7, podvrgne temperaturama iznad 80 ° C. Zbog toga dvostruka spirala DNA tvori dvije odvojene niti. Taj je postupak poznat kao denaturacija.

Temperatura na kojoj se denaturira 50% DNA poznata je kao temperatura taljenja (Tm). Molekule DNA čiji je omjer guanin i citozin veći nego u timinu i adeninu imaju veće vrijednosti Tm od onih čiji je bazni omjer obrnut.

Gore opisano predstavlja eksperimentalni dokaz da veći broj vodikovih veza bolje stabilizira nativne molekule DNK.

Djelovanje regija bogatih citozinom u DNK

Nedavno je otkriveno da DNK iz jezgre ljudskih stanica može usvojiti isprekidane strukture motiva (iM). Te se strukture javljaju u regijama bogatim citozinom.

Struktura iM se sastoji od četiri lanca DNA, za razliku od klasične dvolančane DNA koja ima dvije lance. Preciznije, dva paralelna dupleksna lanca isprepletena su u antiparalelnoj orijentaciji, a drže ih zajedno par hemiprotoniranih citozina (C: C ⁺).

U ljudskom genomu, iM strukture nalaze se u regijama poput promotora i telomera. Broj iM struktura je veći tijekom G1 / S faze staničnog ciklusa, u kojoj je visoka transkripcija. Ove regije su mjesta prepoznavanja proteina koja su uključena u aktivaciju transkripcijskih strojeva.

S druge strane, u regijama bogatim uzastopnim parovima baza ganin (C), DNK ima tendenciju da usvoji oblik A-helix, u uvjetima dehidracije. Ovaj oblik je tipičan za dvostruke vrpce RNA i DNA-RNA tijekom transkripcije i replikacije, te u određenim vremenima kada se DNA veže na proteine.

Pokazalo se da uzastopne bazne regije citozina stvaraju elektropozitivni flaster u glavnom rascjepu DNA. Vjeruje se da se ove regije vežu na proteine, predisponirajući određena genomska područja na genetsku krhkost.

Uloga u biosintezi RNA

Tijekom transkripcije informacije sadržane u DNK kopiraju se u RNA pomoću RNA polimeraze. Za biosintezu RNA potreban je nukleozid trifosfat (NTP), i to: citidin trifosfat (CTP), uridin trifosfat (UTP), adenin trifosfat (ATP) i gvanin trifosfat (GTP). Reakcija je:

(RNA) _{n ostataka} + NTP -> (RNA) _{n + 1} ostatak + PPi

Hidroliza neorganskog pirofosfata (PPi) daje energiju za biosintezu RNA.

Uloga u biosintezi glikoproteina

Uzastopni prijenos heksoze u tvorbu oligosaharida, O-vezanih na proteine, odvija se iz prekursora nukleotida.

Kod kralježnjaka, posljednji korak biosinteze oligosaharida povezanih vezanim za O sastoji se od dodavanja dva ostatka sijalne kiseline (N-acetilneuraminski) iz prekursora citidin-5'-monofosfata (CMP). Ta se reakcija događa u trans Golgijevoj vreći.

Kemoterapijski tretmani za citozin i rak

Tetrahidrofolat kiselina (FH4) je izvor -CH = ₃ skupine, te je potrebna za biosintezu dTMP iz deponij. Pored toga nastaje FH2. Redukcija FH2 u FH4 zahtijeva reduktazu folata i NADPH. Neki inhibitori folata reduktaze, poput aminopterina i metotreksata, koriste se u liječenju raka.

Metotreksan je konkurentni inhibitor. Folata reduktaza veže se sa 100 puta više afiniteta za ovaj inhibitor nego za supstrat. Aminopterin djeluje na sličan način.

Inhibicija folata reduktaze posredno koči biosintezu dTMP-a, a time i dCTP. Izravna inhibicija nastaje pomoću inhibitora enzima timidilat sintetaze, koji katalizira dTMP iz dUMP. Ti inhibitori su 5-fluorouracil i 5-fluoro-2-deoksiuridin.

Na primjer, 5-fluoroacil sam nije inhibitor, već se prvo pretvara u postupku recikliranja u deoksiuridin mfosfat d (FdUMP), koji veže i inhibira timidilat sintetazu.

Tvari analogne glutaminu, azaserinu i acivicinu inhibiraju glutamin amidotransferazu. Azarin je bio jedna od prvih tvari otkrivenih da djeluje kao inaktivator samoubojstva.

Reference

1. Assi, HA, Garavís, M., González, C. i Damha, MJ 2018. i-Motif DNA: strukturne značajke i značaj za staničnu biologiju. Istraživanje nukleinskih kiselina, 46: 8038-8056.
2. Bohinski, R. 1991. Biokemija. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
3. Devlin, TM 2000. Biokemija. Uredništvo Reverté, Barcelona.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Stanična i molekularna biologija. Uredništvo Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogota, Caracas, Madrid, Meksiko, Sāo Paulo.
5. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Načela biokemije. WH Freeman, New York.
6. Voet, D. i Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley i sinovi, SAD.