ЦИТОЗИН: СТРУКТУРА, ФУНКЦИЈЕ, СВОЈСТВА, СИНТЕЗА - БИОЛОГИЈА - 2025

Цитозин је тип пиримидин нуклеобазе, служи за биосинтезу цитидин-5'-монофосфат и дезоксицитидина 5'-монофосфат. Ова једињења служе за биосинтезу дезоксирибонуклеинске киселине (ДНК) и рибонуклеинске киселине (РНА). ДНК чува генетске информације и РНА има различите функције.

У живим бићима цитозин није пронађен, али обично формира рибонуклеотиде или деоксирибонуклеотиде. Обе врсте једињења имају фосфатну групу, рибозу и азотну базу.

Извор: Веспрцом

Угљеник 2 рибозе има хидроксилну групу (-ОХ) у рибонуклеотидима и атом водоника (-Х) у деоксирибонуклеотидима. У зависности од броја присутних фосфатних група, постоје цитидин-5'-монофосфат (ЦМП), цитидин-5'-дифосфат (ЦДП) и цитидин-5'-трифосфат (ЦТП).

Деоксигенирани еквиваленти називају се деоксицитидин-5'-монофосфат (дЦМП), деоксицитидин-5'-дифосфат (дЦДП) и деоксицитидин-5'-трифосфат (дЦТП).

Цитозин у различитим облицима учествује у различитим функцијама, као што су биосинтеза ДНК и РНК, биосинтеза гликопротеина и регулација експресије гена.

Структура и својства

Цитозин, 4-амино-2-хидроксипиримидин, има емпиријску формулу Ц ₄ Х ₅ Н ₃ О, чија молекулска тежина је 111.10 г / мол, и пречишћава облику белог праха.

Структура цитозина је раван ароматични хетероциклични прстен. Таласна дужина максималне апсорбанције (ʎ _мак ) је 260 нм. Температура топљења цитозина прелази 300 ° Ц.

Да би се створио нуклеотид, цитозин се ковалентно веже, кроз азот 1, преко Н-бета-гликозидне везе на 1 'угљеник рибозе. 5 'угљеник је естерификован са фосфатном групом.

Биосинтеза

Нуклеотидна биосинтеза пиримидина има заједнички пут који се састоји од шест корака катализираних ензимима. Пут почиње биосинтезом карбамоил фосфата. У прокариотима постоји само један ензим: карбамоил фосфат синтаза. Ово је одговорно за синтезу пиримидина и глутамина. У еукариотама постоје карбамоил фосфат синтаза И и ИИ, који су одговорни за биосинтезу глутамина и пиримидина.

Други корак се састоји од формирања Н-карбамоиласпартата, из карбоил фосфата и аспартата, реакције катализиране аспартат транскабамоилазом (АТЦасе).

Трећи корак је синтеза Л-дихидроротата, који узрокује затварање пиримидинског прстена. Овај корак катализује дихидроотаза.

Четврти корак је стварање оротата, који је редокс реакција катализирана дихидрооротат дехидрогеназом.

Пети корак састоји се од формирања оротидилата (ОМП) користећи фосфорибозил-пирофосфат (ПРПП) као супстрат, и оротати фосфорибозил-трансферазе као катализатора.

Шести корак је стварање уридилата (уридин-5'-монофосфат, УМП), реакција катализирана ОМП-декарбоксилазом.

Следећи кораци састоје се од фосфорилације УМП, катализоване киназама, ради стварања УТП, и преноса амино групе из глутамина у УТП да би се формирао ЦТП, реакција коју катализује ЦТП синтетаза.

Регулација биосинтезе

Код сисара се регулација одвија на нивоу карбамоил фосфат синтазе ИИ, ензима који се налази у цитосолу, док је карбамоил фосфат синтаза И митохондријални.

Карбамоил фосфат синтаза ИИ је регулисана негативним повратним информацијама. Њени регулатори, УТП и ПРПП, су инхибитор и активатор овог ензима.

У ткивима која нису јетре, карбамоил фосфат синтаза ИИ је једини извор карбамоил фосфата. Док је у јетри, у условима вишка амонијака, карбамоил фосфат синтаза И ствара у митохондријама карбамоил фосфат, који се транспортује у цитосол, одакле улази у пут биосинтезе пиримидина.

Друга тачка регулације је ОМП-декарбоксилаза, која је регулисана конкурентном инхибицијом. Његов реакциони производ, УМП, конкурише ОМП за место везивања на ОМП-декарбоксилазу.

Пиримидини се, попут цитозина, рециклирају

Рециклирање пиримидина има функцију поновне употребе пиримидина без потребе за новом биосинтезом и избегавањем деградативног пута. Реакција рециклирања катализује пиримимидин фосфорибосилтрансфераза. Општа реакција је следећа:

Пиримидин + ПРПП -> пиримидински нуклеозид 5'-монофосфат + ППи

Код кичмењака се у еритроцитима налази пиримимидин фосфорибосилтрансфераза. Супстратни пиримидини за овај ензим су урацил, тимин и оротат. Цитозин се индиректно рециклира из уридин-5'-монофосфата.

Улога у биосинтези ДНК

Током репликације ДНК информације садржане у ДНК копирају се у ДНК помоћу ДНК полимеразе.

За биосинтезу РНК неопходан је деоксинуклеотид трифосфат (дНТП), и то: деокситимидин трифосфат (дТТП), деоксицитидин трифосфат (дЦТП), деоксиаденин трифосфат (дАТП) и деоксигуанин трифосфат (дГТП). Реакција је:

(ДНК) _{н остатака} + дНТП -> (ДНК) _{н + 1} остатак + ППи

Хидролиза неорганског пирофосфата (ППи) даје енергију за биосинтезу РНК.

Улога у стабилизацији структуре ДНК

У двострукој спирали ДНК, једноланчани пурин повезан је водоником са супротним ланцима пиримидина. Дакле, цитозин је увек повезан са гванином помоћу три водоничне везе: аденин је повезан са тимином помоћу две водоничне везе.

Водоничне везе се прекидају када се раствор пречишћене нативне ДНК, при пХ 7, подвргне температурама изнад 80 ° Ц. Због тога се двострука спирала ДНК формира у два одвојена ланца. Овај процес је познат и као денатурација.

Температура на којој се денатурира 50% ДНК позната је и као температура топљења (Тм). Молекули ДНК чији је однос гванина и цитозина већи него у тимина и аденина имају веће вредности Тм од оних чији је базни омјер обрнут.

Горе описано представља експериментални доказ да већи број водоничних веза боље стабилизује нативне молекуле ДНК.

Функција региона богатих цитозином у ДНК

Недавно је откривено да ДНК из језгра људских ћелија може усвојити испрекидане структуре мотива (иМ). Ове се структуре јављају у регионима богатим цитозином.

ИМ структура се састоји од четири ланца ДНК, за разлику од класичне дволанчане ДНК која има две нити. Тачније, два паралелна дуплексна ланца испреплетена су у антипаралелној оријентацији, а заједно их држе пар хемипротонираних цитозина (Ц: Ц ⁺ ).

У људском геному, иМ структуре налазе се у регионима као што су промотори и теломери. Број иМ структура је већи током Г1 / С фазе ћелијског циклуса, у којој је висока транскрипција. Ове регије су места за препознавање протеина која су укључена у активирање машина за транскрипцију.

С друге стране, у регионима богатим узастопним паровима база ганин (Ц), ДНК има тенденцију да усвоји облик А-хелик, у условима дехидрације. Овај облик је типичан за двоструке траке РНК и ДНК-РНК током транскрипције и репликације, и у одређеним тренуцима када се ДНК веже за протеине.

Показало се да узастопне базне регије цитозина стварају електропозитивни фластер у главном расцепу ДНК. Стога се верује да се ове регије везују за протеине, предиспонирајући одређене геномске регионе на генетску крхкост.

Улога у биосинтези РНК

Током транскрипције, информације садржане у ДНК копирају се у РНА помоћу РНА полимеразе. За биосинтезу РНК потребан је нуклеозид трифосфат (НТП), а то су: цитидин трифосфат (ЦТП), уридин трифосфат (УТП), аденин трифосфат (АТП) и гванин трифосфат (ГТП). Реакција је:

(РНА) _{н остатака} + НТП -> (РНА) _{н + 1} остатак + ППи

Хидролиза неорганског пирофосфата (ППи) даје енергију за биосинтезу РНК.

Улога у биосинтези гликопротеина

Секвенцијални пренос хексозе у облике олигосахариде, О-повезане са протеинима, одвија се из прекурсора нуклеотида.

Код кичмењака, последњи корак биосинтезе олигосахаридом везаног за О састоји се од додавања два остатка сиалне киселине (Н-ацетилнеурамински) из прекурсора цитидин-5'-монофосфата (ЦМП). Ова реакција се дешава у транс Голгијевој врећи.

Кемотерапијски третмани за цитозин и рак

Тетрахидрофолат киселине (ФХ4) представља извор -ЦХ ₃ група , и неопходан је за биосинтезу дТМП из одлагалишта. Поред тога, формира се ФХ2. Редукција ФХ2 у ФХ4 захтева редуктазу фолата и НАДПХ. Неки инхибитори фолата редуктазе, као што су аминоптерин и метотрексат, користе се у лечењу рака.

Метотрексан је конкурентни инхибитор. Фолата редуктаза се везује са 100 пута више афинитета за овај инхибитор него за супстрат. Аминоптерин делује на сличан начин.

Инхибиција фолат редуктазе индиректно спречава биосинтезу дТМП, а самим тим и дЦТП. Директна инхибиција дешава се инхибиторима ензима тимидилат синтетаза, који катализује дТМП из дУМП. Ови инхибитори су 5-флуороурацил и 5-флуоро-2-деоксиуридин.

На пример, 5-флуороацил сам није инхибитор, већ се прво претвара на рециклажном путу у деоксиуридин мфосфат д (ФдУМП), који се веже и инхибира тимидилат синтетазу.

Супстанце аналогне глутамину, азасерину и ацивицину инхибирају глутамин амидотрансферазу. Азарин је био једна од првих супстанци откривених да делује као инактиватор самоубице.

Референце

1. Асси, ХА, Гаравис, М., Гонзалез, Ц. и Дамха, МЈ 2018. и-Мотиф ДНА: структурне карактеристике и значај ћелијске биологије. Истраживање нуклеинских киселина, 46: 8038-8056.
2. Бохински, Р. 1991. Биохемија. Аддисон-Веслеи Ибероамерицана, Вилмингтон, Делаваре.
3. Девлин, ТМ 2000. Биохемија. Редакција Реверте, Барцелона.
4. Лодисх, Х., Берк, А., Зипурски, СЛ, Матсудариа, П., Балтиморе, Д., Дарнелл, Ј. 2003. Целијска и молекуларна биологија. Уредништво Медица Панамерицана, Буенос Аирес, Богота, Каракас, Мадрид, Мексико, Сао Пауло.
5. Нелсон, ДЛ, Цок, ММ 2008. Лехнингер - Принципи биохемије. ВХ Фрееман, Нев Иорк.
6. Воет, Д. и Воет, Ј. 2004. Биохемија. Јохн Вилеи анд Сонс, САД.