- Struktur og egenskaber
- biosyntese
- Regulering af biosyntesen
- Roll i RNA-biosyntese
- Roll i biosyntesen af sukkerarter
- Roll i den isomere interkonvertering af sukkerarter
- Roll i glycoprotein-biosyntese
- Roll i reguleringen af glutaminsyntase
- Roll i RNA-redigering
- UDP-glukose-biosyntese
- Uracil DNA-glycosylase
- Referencer
Den uracil er en pyrimidinnucleobase typen, der findes i ribonukleinsyre (RNA). Dette er et af de karakteristika, der adskiller RNA fra deoxyribonukleinsyre (DNA), da sidstnævnte har thymin i stedet for uracil. Begge stoffer, uracil og thymin, er kun forskellige, idet sidstnævnte har en methylgruppe.
Fra et evolutionært synspunkt er det blevet foreslået, at RNA var det første molekyle, der lagrede genetisk information og fungerede som en katalysator i celler, før DNA og enzymer. På grund af dette menes uracil at have spillet en nøglerolle i livets udvikling.
Kilde: Kemikungen
I levende ting findes uracil ikke i fri form, men danner ofte nucleotider monophosphat (UMP), diphosphat (UDP) og triphosphate (UTP). Disse uracilnukleotider har forskellige funktioner, såsom RNA og glycogen-biosyntese, isomer interkonvertering af sukkerarter og regulering af glutaminsynthase.
Struktur og egenskaber
Uracil, kaldet 2,4-dioxypyridine, har den empiriske formel C 4 H 4 N 2 O 2, hvis molekylvægt er 112,09 g / mol, og oprenses som et hvidt pulver.
Strukturen af uridin er en heterocyklisk ring med fire carbonatomer og to nitrogenatomer med skiftevis dobbeltbinding. Det er plant.
Det har en opløselighed på 50 mg / ml ved 25 ° C i 1 M natriumhydroxid og en pKa mellem 7,9 og 8,2. Bølgelængden, hvor dens maksimale absorbans (ʎ max) forekommer, er mellem 258 og 260 nm.
biosyntese
Der er en fælles vej for pyrimidin-nukleotidbiosyntese (uracil og cytokin). Det første trin er biosyntesen af carbamoyl phosphat fra CO 2 og NH 4 +, som katalyseres af carbamoylfosfatsyntetase synthetase.
Pyrimidin er konstrueret af carboylphosphat og aspartat. Begge stoffer reagerer og danner N-carbamoylaspartat, en reaktion katalyseret af aspartat-transcabamoylase (ATCase). Lukningen af pyrimidinringen er forårsaget af dehydrering katalyseret af dihydrootase og producerer L-dihydrorotat.
L-dihydrorotat oxideres og omdannes til orotat; elektronacceptoren er NAD +. Det er en reaktion katalyseret af dihydroorotatdehydrogenase. Det næste trin består af overførslen af phosphoribosylgruppen fra phosphoribosylpyrophosphat (PRPP) til orotat. Det danner orotidylat (OMP) og uorganisk pyrophosphat (PPi), katalyseret af orotatphosphoribosyltransferase.
Det sidste trin består af dekarboxylering af pyrimidinringen i orotidylatet (OMP). Det danner uridylat (uridin-5′-monophosphat, UMP), som katalyseres af en decarboxylase.
Derefter overføres en phosphatgruppe gennem deltagelse af en kinase fra ATP til UMP, der danner UDP (uridin-5'-diphosphat). Sidstnævnte gentages og danner UTP (uridin-5′-triphosphat).
Regulering af biosyntesen
Hos bakterier forekommer regulering af pyrimidinbiosyntese gennem negativ feedback, på niveau med aspartat-transcabamoylase (ATCase).
Dette enzym hæmmes af CTP (cytidin-5'-triphosphat), som er slutproduktet af den pyrimidinbiosyntetiske vej. ATCase har regulatoriske underenheder, der binder til den allosteriske regulator CTP.
Hos dyr forekommer reguleringen af pyrimidinbiosyntesen gennem negativ feedback, på niveauet af to enzymer: 1) carbamoylphosphatsynthase II, som inhiberes af UTP og aktiveres af ATP og PRPP; og 2) OMP-decarboxylase, som er inhiberet af produktet fra den reaktion, det katalyserer, UMP. Hastigheden for biosyntese af OMP varierer med tilgængeligheden af PRPP.
Roll i RNA-biosyntese
Uracil er til stede i alle typer RNA, såsom messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA) og ribosomal RNA (rRNA). Biosyntesen af disse molekyler sker gennem en proces kaldet transkription.
Under transkription kopieres informationen indeholdt i DNA til RNA af en RNA-polymerase. Den omvendte proces, hvor informationen indeholdt i RNA kopieres til DNA, forekommer i nogle vira og planter gennem omvendt transkriptase.
RNA-biosyntese kræver nukleosidtriphosphat (NTP), nemlig: uridintriphosphat (UTP), cytidintriphosphat (CTP), adenintriphosphat (ATP) og guanintriphosphat (GTP). Reaktionen er:
(RNA) n rester + NTP -> (RNA) n + 1 rest + PPi
Hydrolysen af uorganisk pyrophosphat (PPi) tilvejebringer energi til RNA-biosyntese.
Roll i biosyntesen af sukkerarter
Sukkerestere er meget almindelige i levende organismer. Nogle af disse estere er nucleosidesterdiphosfaterne, såsom UDP-sukkerarter, der er meget rigelige i celler. UDP-sukkerarter deltager i biosyntesen af disaccharider, oligosaccharider og polysaccharider.
Hos planter sker sucrose-biosyntese gennem to veje: en primær og en sekundær vej.
Hovedvejen er overførslen af D-glucose fra UDP-D-glucose til D-fructose til dannelse af sucrose og UDP. Den sekundære vej inkluderer to trin: den begynder med UDP-D-glucose og fruktose-6-phosphat og slutter med dannelsen af saccharose og phosphat.
I brystkirtlerne forekommer lactose-biosyntese fra UDP-D-galactose og glucose.
I planter udføres cellulose-biosyntese ved kontinuerlig kondensation af beta-D-glucosylrester fra UDP-glucose til den ikke-reducerende ende af den voksende polyglucosekæde. Tilsvarende kræver amylose og amylopectin-biosyntese UDP-glucose som et glukosedonersubstrat til den voksende kæde.
Hos dyr anvendes både UDP-glucose og ADP-glucose til glycogenbiosyntesen. Tilsvarende kræver chondroitinsulfat-biosyntese UDP-xylose, UDP-galactose og UDP-glucuronat.
Roll i den isomere interkonvertering af sukkerarter
Konverteringen af galactose til et mellemprodukt af glykolyse sker gennem Leloir-stien. Et af trinnene i denne vej katalyseres af enzymet UDP-galactose-4-epimerase, hvilket letter interkonvertering af UDP-galactose til UDP-glucose.
Roll i glycoprotein-biosyntese
Under glycoprotein-biosyntese krydser proteiner cis-, midt- og transsægerne i Golgi-apparatet.
Hver af disse sække har et sæt enzymer, der behandler glycoproteiner. Sukkermonomerer, såsom glucose og galactose, sættes til oligosaccharidet af proteinet fra UDP-hexose og andre nukleotider-hexose.
Hexosenukleotiderne transporteres til Golgi-cisternerne med antiport. UDP-galactose (UDP-Gal) og UDP-N-acetylgalactosamin (UDP-GalNAc) trænger ind i cisternerne fra cytosolen ved bytte mod UMP.
I Golgi-cisternen hydrolyserer en phosphatase en phosphatgruppe på UDP og danner UMP og Pi. UDP kommer fra reaktioner katalyseret af galactosyltransferase og N-acetylgalactosamyltransferase. UMP dannet af phosphatase tjener til nukleotid-hexoseudveksling.
Roll i reguleringen af glutaminsyntase
En reguleringsmekanisme for glutaminsynthase er kovalent modifikation, der består af adenylering, der inaktiverer den, og dedenylering, der aktiverer den. Denne kovalente modifikation er reversibel og katalyseret ved adenyltransferase.
Adenyltransferase-aktivitet moduleres ved binding af PII-proteinet, der reguleres af en kovalent modifikation, uridinylering.
Både uridylering og deuridylering udføres ved uridylyltransferase. I dette enzym skyldes uridyleringsaktivitet glutamin og phosphat og aktiveres ved binding af alfa-ketoglutarat og ATP til PII.
Roll i RNA-redigering
Nogle mRNA'er redigeres før oversættelse. I nogle eukaryote organismer, såsom Trypanosoma brucei, er der RNA-redigering af cytochrome oxidase-underenhed II-gen-transkription. Dette sker gennem indsættelse af uracilrester, en reaktion katalyseret af den terminale uridyltransferase.
En guide-RNA, komplementær til det redigerede produkt, fungerer som en skabelon til redigeringsprocessen. Baseparrene dannet mellem den indledende transkription og guide-RNA indebærer G = U-basepar, der ikke er Watson-Crick og er almindelige i RNA.
UDP-glukose-biosyntese
Under fysiologiske forhold er biosyntesen af glycogen fra glucose-1-phosphat termodynamisk umulig (ΔG-positiv). På grund af dette sker aktiveringen af glucose-1-phosphat (G1P) før biosyntesen. Denne reaktion kombinerer G1P og UTP til dannelse af uridindiphosphatglukose (UDP-glucose eller UDPG).
Reaktionen katalyseres af UDP-glucosepyrophosphorylase og er som følger:
G1P + UTP -> UDP-glucose + 2Pi.
Variationen i Gibbs-frie energi i dette trin er stor og negativ (-33,5 KJ / mol). Under reaktionen på ilt angriber G1P alfa-phosphoratomet i UTP og danner UDP-glucose og uorganisk pyrophosphat (PPi). Dernæst hydrolyseres PPi af en uorganisk pyrophosphatase, hvis hydrolysenergi er det, der driver den generelle reaktion.
UDP-glukose er et stof "højenergi". Det gør det muligt at danne de glycosidiske bindinger mellem glukoseresten og den voksende polysaccharidkæde. Det samme energiske princip gælder for reaktioner, hvor UDP-sukkerarter deltager, såsom biosyntesen af disaccharider, oligosaccharider og glycoproteiner.
Uracil DNA-glycosylase
Der er DNA-læsioner, der forekommer spontant. En af disse læsioner er den spontane deaminering af cytokin og den deraf følgende konvertering til uracil. I dette tilfælde finder reparation sted ved at fjerne den modificerede base fra DNA af et enzym kaldet uracil DNA-glycosylase.
Enzymet uracil DNA-glycosylase fjerner det beskadigede cytokin (uracil) og producerer en deoxyribose-rest, der mangler nitrogenbasen, kaldet AP-stedet (apurin-apyrimidinic site).
Enzymet AP-endonuklease skærer derefter gennem phosphodiester-rygraden på AP-stedet og fjerner sukker-phosphatresten. DNA-polymerase I gendanner den beskadigede streng.
Referencer
- Bohinski, R. 1991. Biokemi. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
- Devlin, TM 2000. Biokemi. Redaktionel Reverté, Barcelona.
- Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Cellular and molecular biology. Redaktionel Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sao Paulo.
- Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Principper for biokemi. WH Freeman, New York.
- Voet, D. og Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley og sønner, USA.