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

Uracil je tip pirimidinske nukleobaze pronaći u ribonukleinske kiseline (RNA). Ovo je jedna od karakteristika koja razlikuje RNA od deoksiribonukleinske kiseline (DNK), jer posljednja ima timin umjesto uracila. Obje tvari, uracil i timin, razlikuju se samo po tome što potonji ima metilnu skupinu.

S evolucijskog stajališta, predloženo je da je RNA prva molekula koja je pohranila genetske informacije i funkcionirala kao katalizator u stanicama, prije DNK i enzima. Zbog toga se smatra da je uracil imao ključnu ulogu u evoluciji života.

Izvor: Kemikungen

U živim bićima uracil se ne nalazi u slobodnom obliku, ali obično tvori nukleotide monofosfat (UMP), difosfat (UDP) i trifosfat (UTP). Ovi uracil nukleotidi imaju različite funkcije, kao što su biosinteza RNA i glikogena, izomerna interkonverzija šećera i regulacija glutamin sintaze.

Struktura i svojstva

Uracil naziva 2,4-dioxypyridine, ima empirijsku formulu C ₄ H ₄ N ₂ O ₂, čija je molekulska masa je 112,09 g / mol, te se pročisti kao bijeli prah.

Struktura uridina je heterociklički prsten s četiri atoma ugljika i dva atoma dušika, s naizmjeničnim dvostrukim vezama. Planarna je.

Topivost je 50mg / ml, na 25 ° C, u 1M natrijevom hidroksidu, a pKa između 7,9 i 8,2. Valna duljina kod koje dolazi do njegove maksimalne apsorbancije (ʎ _max) iznosi između 258 i 260 nm.

biosinteza

Postoji zajednički put biosinteze nukleotida pirimidina (uracil i citokin). Prvi korak je biosinteza karbamoil fosfata iz CO ₂ i NH ₄ ⁺, koji katalizira karbamoil fosfat sintetaze.

Pirimidin je izgrađen od karboil fosfata i aspartata. Obje tvari reagiraju i tvore N-karbamoilaspartat, reakciju kataliziranu aspartat transkabamoilazom (ATCase). Zatvaranje pirimidinskog prstena uzrokovano je dehidracijom kataliziranom dihidrootazom, te nastaje L-dihidrorotat.

L-dihidrorotat se oksidira i pretvara u orotat; akceptor elektrona je NAD ⁺. To je reakcija katalizirana dihidroorotat dehidrogenazom. Sljedeći se korak sastoji od prijenosa fosforibozil skupine s fosforibozil pirofosfata (PRPP) u orotaciju. Tvori orotidilat (OMP) i anorganski pirofosfat (PPi), kataliziran orotat fosforibosil transferazom.

Posljednji korak sastoji se od dekarboksilacije pirimidinskog prstena orotidilata (OMP). Tvori uridilat (uridin-5'-monofosfat, UMP), koji katalizira dekarboksilaza.

Zatim, kroz sudjelovanje kinaze, fosfatna skupina se prenosi s ATP-a do UMP, formirajući UDP (uridin-5'-difosfat). Potonji se ponavlja, tvoreći UTP (uridin-5'-trifosfat).

Regulacija biosinteze

Kod bakterija se regulacija biosinteze pirimidina odvija negativnim povratnim informacijama, na razini aspartat transkabamoilaze (ATCase).

Ovaj enzim inhibira CTP (citidin-5'-trifosfat), koji je krajnji produkt biosintetskog puta pirimidina. ATCase posjeduje regulatorne podjedinice koje se vežu za alosterni regulator CTP.

Kod životinja se regulacija biosinteze pirimidina odvija negativnim povratnim podacima, na razini dva enzima: 1) karbamoil fosfat sintaza II, koju inhibira UTP i aktivira ATP i PRPP; i 2) OMP dekarboksilaza, koja je inhibirana produktom reakcije koju katalizira, UMP. Brzina biosinteze OMP-a varira s dostupnošću PRPP-a.

Uloga u biosintezi RNA

Uracil je prisutan u svim vrstama RNA, kao što su glasnica RNA (mRNA), prijenosna RNA (tRNA) i ribosomalna RNA (rRNA). Biosinteza ovih molekula događa se kroz proces koji se naziva transkripcija.

Tijekom transkripcije informacije sadržane u DNK kopiraju se u RNA pomoću RNA polimeraze. Obrnuti proces, u kojem se informacije sadržane u RNA kopiraju u DNK, događa se kod nekih virusa i biljaka pomoću reverzne transkriptaze.

Za biosintezu RNA potreban je nukleozid trifosfat (NTP), i to: uridin trifosfat (UTP), citidin trifosfat (CTP), 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 šećera

Esteri šećera vrlo su česti u živim organizmima. Neki od tih estera su i difosfati estera nukleozida, poput UDP-šećera, kojih je u stanicama vrlo puno. UDP-šećeri sudjeluju u biosintezi disaharida, oligosaharida i polisaharida.

U biljkama se biosinteza saharoze odvija kroz dva puta: primarni i sekundarni put.

Glavni put je prijenos D-glukoze iz UDP-D-glukoze u D-fruktozu u oblik saharoze i UDP-a. Sekundarni put uključuje dva koraka: započinje UDP-D-glukozom i fruktozom-6-fosfatom, a završava stvaranjem saharoze i fosfata.

U mliječnim žlijezdama dolazi do biosinteze laktoze iz UDP-D-galaktoze i glukoze.

U biljkama se biosinteza celuloze provodi kontinuiranom kondenzacijom ostataka beta-D-glukozila, od UDP-glukoze do krajnjeg kraja rastućeg poliglukoznog lanca. Slično tome, biosinteza amiloze i amilopektina zahtijeva UDP-glukozu kao supstrat davatelja glukoze rastućem lancu.

U životinja se za biosintezu glikogena koriste i UDP-glukoza i ADP-glukoza. Slično tome, biosinteza hondroitin sulfata zahtijeva UDP-ksilozu, UDP-galaktozu i UDP-glukuronat.

Uloga u izomernoj interkonverziji šećera

Pretvorba galaktoze u intermedijer glikolize odvija se putem Leloira. Jedan od koraka u tom putu katalizira enzim UDP-galaktoza-4-epimeraza, koji olakšava međusobnu pretvorbu UDP-galaktoze u UDP-glukozu.

Uloga u biosintezi glikoproteina

Tijekom biosinteze glikoproteina, proteini prolaze kroz cis, sredinu i trans vreće Golgijeva aparata.

Svaki od ovih vrećica ima skup enzima koji obrađuju glikoproteine. Monomeri šećera, poput glukoze i galaktoze, dodaju se oligosaharidu proteina iz UDP-heksoze i drugih nukleotida-heksoze.

Nukleotidi heksoze prevoze se u cisterne Golgi antiportom. UDP-galaktoza (UDP-Gal) i UDP-N-acetilgalaktozamin (UDP-GalNAc) ulaze u cisterne iz citosola zamjenjujući za UMP.

U cisterni Golgi fosfataza hidrolizira fosfatnu skupinu na UDP i formira UMP i Pi. UDP dolazi od reakcija koje kataliziraju galaktoziltransferaza i N-acetilgalaktosamiltransferaza. UMP formiran fosfatazom služi za razmjenu nukleotid-heksoza.

Uloga u regulaciji glutamin sintaze

Regulatorni mehanizam glutamin sintaze je kovalentna modifikacija, koja se sastoji od adenilacije, koja ga inaktivira, i dedenilacije, koja je aktivira. Ta je kovalentna modifikacija reverzibilna i katalizirana je asniltransferazom.

Aktivnost adeniltransferaze modulira se vezanjem proteina PII, što je regulirano kovalentnom modifikacijom, uridinilacijom.

Uridililacija i deuridilacija provode se uridililtransferazom. U ovom enzimu aktivnost uridilacije nastaje zbog glutamina i fosfata, a aktivira se vezanjem alfa-ketoglutarata i ATP-a na PII.

Uloga u uređivanju RNA

Neke se mRNA uređuju prije prijevoda. U nekim eukariotskim organizmima, kao što je Trypanosoma brucei, postoji RNA uređivanje transkripta gena podjedinice citokrom oksidaze II. To se događa umetanjem ostataka uracila, reakcijom koju katalizira terminalna uridiltransferaza.

RNA vodiča, komplementarna uređenom proizvodu, djeluje kao predložak za postupak uređivanja. Parovi baza formirani između početnog transkripta i vodeće RNA uključuju G = U parove baza koji nisu Watson-Crick i uobičajeni su u RNA.

Biosinteza UDP-glukoze

U fiziološkim uvjetima biosinteza glikogena iz glukoze-1-fosfata je termodinamički nemoguća (G pozitivna). Zbog toga prije biosinteze dolazi do aktiviranja glukoze-1-fosfata (G1P). Ova reakcija kombinira G1P i UTP kako bi tvorio uridin-difosfatnu glukozu (UDP-glukoza ili UDPG).

Reakciju katalizira UDP-glukoza pirofosforilaza, i slijedi:

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

Varijacija Gibbsove energije u ovom koraku je velika i negativna (-33,5 KJ / mol). Tijekom reakcije na kisik, G1P napada alfa fosforni atom UTP-a i stvara UDP-glukozu i anorganski pirofosfat (PPi). Zatim PPi hidrolizira anorganska pirofosfataza, čija energija hidrolize je ono što pokreće opću reakciju.

UDP-glukoza je "visokoenergetska" tvar. Omogućuje stvaranje glikozidnih veza između ostatka glukoze i rastućeg lanca polisaharida. Taj isti energetski princip primjenjiv je na reakcije u kojima sudjeluju UDP-šećeri, poput biosinteze disaharida, oligosaharida i glikoproteina.

Uracilna DNA glikozilaza

Postoje DNK lezije koje nastaju spontano. Jedna od tih lezija je spontana deaminacija citokina i njezina posljedična pretvorba u uracil. U ovom slučaju, popravak se odvija uklanjanjem modificirane baze iz DNA enzimom nazvanim uracilna DNA glikozilaza.

Enzim uracil DNA glikozilaza uklanja oštećeni citokin (uracil), stvarajući deoksiribozni ostatak kojem nedostaje dušična baza, nazvan AP mjesto (apurinsko-aprimimidinsko mjesto).

Zatim enzim AP endonukleaza prolazi kroz fosfodiestersku kralježnicu mjesta AP, uklanjajući ostatak šećera-fosfata. DNA polimeraza I obnavlja oštećeni niz.

Reference

1. Bohinski, R. 1991. Biokemija. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
2. Devlin, TM 2000. Biokemija. Uredništvo Reverté, Barcelona.
3. 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.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Načela biokemije. WH Freeman, New York.
5. Voet, D. i Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley i sinovi, SAD.