CYTOSINE: ISTRAKTURA, PAG-ANDAR, MGA KATANGIAN, SYNTHESIS - BIOLOGY - 2025

Ang cytosine ay isang uri ng pyrimidine nucleobase, na nagsisilbi para sa biosynthesis ng cytidine-5'-monophosphate at deoxycytidine 5'-monophosphate. Ang mga compound na ito ay nagsisilbi para sa biosynthesis, ayon sa pagkakabanggit, ng deoxyribonucleic acid (DNA) at ribonucleic acid (RNA). Nag-iimbak ang DNA ng impormasyong genetic at ang RNA ay may iba't ibang mga pag-andar.

Sa mga buhay na bagay, ang cytosine ay hindi natagpuan nang libre, ngunit karaniwang form ng ribonucleotides o deoxyribonucleotides. Ang parehong uri ng tambalan ay may pangkat na pospeyt, isang ribosa, at isang base ng nitrogen.

Pinagmulan: Vesprcom

Ang carbon 2 ng ribosa ay may isang hydroxyl group (-OH) sa ribonucleotides, at isang hydrogen atom (-H) sa deoxyribonucleotides. Nakasalalay sa bilang ng mga pangkat na pospeyt na naroroon, mayroong cytidine-5′-monophosphate (CMP), cytidine-5′-diphosphate (CDP) at cytidine-5′-triphosphate (CTP).

Ang mga katumbas na deoxygenated ay tinatawag na deoxycytidin-5′-monophosphate (dCMP), deoxycytidin-5′-diphosphate (dCDP), at deoxycytidine-5′-triphosphate (dCTP).

Ang Cytosine, sa iba't ibang anyo nito, ay nakikilahok sa iba't ibang mga pag-andar, tulad ng DNA at RNA biosynthesis, glycoprotein biosynthesis, at regulasyon ng expression ng gene.

Istraktura at mga katangian

Ang Cytosine, 4-amino-2-hydroxypyrimidine, ay mayroong empirical formula C ₄ H ₅ N ₃ O, na ang timbang ng molekula ay 111.10 g / mol, at nalinis bilang isang puting pulbos.

Ang istraktura ng cytosine ay isang planar aromatic heterocyclic singsing. Ang haba ng haba ng haba ng pagsipsip (ʎ _max ) ay 260 nm. Ang temperatura ng natutunaw na cytosine ay lumampas sa 300ºC.

Upang mabuo ang isang nucleotide, ang cytosine ay covalently na nakakabit, sa pamamagitan ng nitrogen 1, sa pamamagitan ng isang N-beta-glycosidic bond sa 1 ′ carbon of ribose. Ang 5 ′ carbon ay esterified sa isang pangkat na pospeyt.

Biosynthesis

Ang nucleotide biosynthesis ng pyrimidines ay may isang karaniwang pathway, na binubuo ng anim na mga hakbang sa enzim na-catalyzed. Ang pathway ay nagsisimula sa karbohidrat posporus. Sa prokaryotes mayroon lamang isang enzyme: carbamoyl phosphate synthase. Ito ang may pananagutan para sa synthesis ng pyrimidines at glutamine. Sa eukaryotes, mayroong karbohoyl phosphate synthase I at II, na may pananagutan, ayon sa pagkakabanggit, para sa biosynthesis ng glutamine at pyrimidines.

Ang pangalawang hakbang ay binubuo ng pagbuo ng N-carbamoylaspartate, mula sa carboyl phosphate at aspartate, isang reaksyon na napalaki ng aspartate transcabamoylase (ATCase).

Ang ikatlong hakbang ay ang synthesis ng L-dihydrorotate, na nagiging sanhi ng pagsasara ng singsing ng pyrimidine. Ang hakbang na ito ay catalyzed ng dihydrootase.

Ang ika-apat na hakbang ay ang pagbuo ng orotate, na kung saan ay isang reaksyon ng redox na napalaki ng dihydroorotate dehydrogenase.

Ang ikalimang hakbang ay binubuo ng pagbuo ng orotidylate (OMP) gamit ang phosphoribosyl pyrophosphate (PRPP) bilang isang substrate, at orotate phosphoribosyl transferase bilang isang katalista.

Ang ikaanim na hakbang ay ang pagbuo ng uridylate (uridin-5′-monophosphate, UMP), isang reaksyon na na-catalyzed ng isang OMP-decarboxylase.

Ang mga susunod na hakbang ay binubuo ng kinase-catalyzed phosphorylation ng UMP upang mabuo ang UTP, at ang paglipat ng isang pangkat ng amino mula sa glutamine hanggang UTP upang mabuo ang CTP, isang reaksyon na na-catalyzed ng CTP synthetase.

Ang regulasyon ng biosynthesis

Sa mga mammal, ang regulasyon ay nangyayari sa antas ng carbamoyl phosphate synthase II, isang enzyme na matatagpuan sa cytosol, samantalang ang carbamoyl phosphate synthase I ay mitochondrial.

Ang Carbamoyl phosphate synthase II ay kinokontrol ng negatibong puna. Ang mga regulators nito, UTP at PRPP, ay, ayon sa pagkakabanggit, tagapanghugas at activator ng enzyme na ito.

Sa mga hindi hepatic na tisyu, ang carbamoyl phosphate synthase II ay ang tanging mapagkukunan ng carbamoyl phosphate. Habang nasa atay, sa ilalim ng mga kondisyon ng labis na ammonia, ang carbamoyl phosphate synthase na aking ginawa, sa mitochondria, carbamoyl phosphate, na dinala sa cytosol, mula kung saan pinapasok nito ang landas ng pyrimidine biosynthesis.

Ang isa pang punto ng regulasyon ay ang OMP-decarboxylase, na kinokontrol ng mapagkumpitensyang pagsugpo. Ang produkto ng reaksyon nito, UMP, nakikipagkumpitensya sa OMP para sa nagbubuklod na site sa OMP-decarboxylase.

Ang mga pyrimidines, tulad ng cytosine, ay nai-recycle

Ang pag-recycle ng pyrimidines ay may function ng reusing pyrimidines nang hindi nangangailangan ng de novo biosynthesis, at pag-iwas sa degradative pathway. Ang reaksyon ng pag-recycle ay naparalisa ng pyrimimidine phosphoribosyltransferase. Ang pangkalahatang reaksyon ay ang mga sumusunod:

Pyrimidine + PRPP -> pyrimidine nucleoside 5′-monophosphate + PPi

Sa mga vertebrates, ang pyrimimidine phosphoribosyltransferase ay matatagpuan sa erythrocytes. Ang substrate pyrimidines para sa enzyme na ito ay uracil, thymine, at orotate. Ang Cytosine ay hindi tuwirang nai-recycle mula sa uridine-5′-monophosphate.

Papel sa biosynthesis ng DNA

Sa panahon ng pagtitiklop ng DNA, ang impormasyon na nilalaman sa DNA ay kinopya sa DNA ng isang polymerase ng DNA.

Ang RNA biosynthesis ay nangangailangan ng deoxynucleotide triphosphate (dNTP), ay ang: deoxythymidine triphosphate (dTTP), deoxycytidine triphosphate (dCTP), deoxyadenine triphosphate (dATP) at deoxyguanine triphosphate (dGTP). Ang reaksyon ay:

(DNA) _{n nalalabi} + dNTP -> (DNA) _{n + 1} nalalabi + PPi

Ang hydrolysis ng hindi organikong pyrophosphate (PPi) ay nagbibigay ng enerhiya para sa RNA biosynthesis.

Papel sa pag-stabilize ng istraktura ng DNA

Sa dobleng helix ng DNA, ang isang one-stranded purine ay naka-link sa kabaligtaran-stranded na pyrimidine ng mga bono ng hydrogen. Kaya, ang cytosine ay palaging naka-link sa guanine sa pamamagitan ng tatlong bono ng hydrogen: ang adenine ay naiugnay sa thymine sa pamamagitan ng dalawang hydrogen bond.

Ang mga bono ng hydrogen ay nasira kapag ang isang solusyon ng purified katutubong DNA, sa pH 7, ay sumailalim sa mga temperatura sa itaas ng 80 ºC. Ito ang dahilan ng dobleng helix ng DNA na bumubuo ng dalawang magkakahiwalay na strands. Ang prosesong ito ay kilala bilang denaturation.

Ang temperatura kung saan ang 50% ng DNA ay denatured ay kilala bilang temperatura ng pagtunaw (Tm). Ang mga molekula ng DNA na ang ratio ng guanine at cytosine ay mas mataas kaysa sa thymine at adenine ay may mas mataas na mga halaga ng Tm kaysa sa mga na ang base ratio ay kabaligtaran.

Ang inilarawan sa itaas ay bumubuo ng ebidensya sa eksperimento na ang isang mas malaking bilang ng mga bono ng hydrogen na mas mahusay na nagpapatatag sa mga molekula ng katutubong DNA.

Pag-andar ng mga rehiyon na mayaman sa cytosine sa DNA

Kamakailan lamang, natagpuan na ang DNA mula sa nucleus ng mga cell ng tao ay maaaring magpatibay ng mga interleaved motif (iM) na mga istruktura. Ang mga istrukturang ito ay nangyayari sa mga rehiyon na mayaman sa cytosine.

Ang istraktura ng iM ay binubuo ng apat na mga hibla ng DNA, hindi katulad ng mga klasikong double-stranded na DNA na may dalawang strand. Lalo na partikular, dalawang magkaparehong mga kadena ng duplex ay naka-interspers sa isang orientation na antiparallel, at gaganapin ng isang pares ng mga hemiprotonated cytosines (C: C ⁺ ).

Sa genome ng tao, ang mga istruktura ng iM ay matatagpuan sa mga rehiyon tulad ng mga tagataguyod at telomeres. Ang bilang ng mga istruktura ng iM ay mas mataas sa panahon ng G1 / S ng siklo ng cell, kung saan mataas ang transkripsyon. Ang mga rehiyon na ito ay mga site ng pagkilala sa protina na kasangkot sa pag-activate ng makinarya ng transkripsyon.

Sa kabilang banda, sa mga rehiyon na mayaman sa magkakasunod na mga pares ng guanine base (C), ang DNA ay may posibilidad na magpatibay ng A-helix na hugis, sa ilalim ng mga kondisyon ng pag-aalis ng tubig. Ang hugis na ito ay tipikal ng RNA at DNA-RNA dobleng banda sa panahon ng transkripsyon at pagtitiklop, at sa ilang mga oras na ang DNA ay nakasalalay sa mga protina.

Ang mga magkakasunod na base na rehiyon ng cytosine ay ipinakita upang lumikha ng isang electropositive patch sa pangunahing pag-alis ng DNA. Kaya, ang mga rehiyon na ito ay pinaniniwalaang magbubuklod sa mga protina, na naghahatid ng ilang mga genomic na rehiyon sa pagkasira ng genetic.

Papel sa RNA biosynthesis

Sa panahon ng transkripsyon, ang impormasyon na nilalaman sa DNA ay kinopya sa RNA ng isang RNA polymerase. Ang RNA biosynthesis ay nangangailangan ng nucleoside triphosphate (NTP), lalo na: cytidine triphosphate (CTP), uridine triphosphate (UTP), adenine triphosphate (ATP) at guanine triphosphate (GTP). Ang reaksyon ay:

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

Ang hydrolysis ng hindi organikong pyrophosphate (PPi) ay nagbibigay ng enerhiya para sa RNA biosynthesis.

Papel sa glycoprotein biosynthesis

Ang sunud-sunod na paglipat ng mga hexoses upang makabuo ng oligosaccharides, O-link sa mga protina, ay nangyayari mula sa mga nauna sa nauna.

Sa mga vertebrates, ang huling hakbang ng O-naka-link na oligosaccharide biosynthesis ay binubuo ng pagdaragdag ng dalawang natitirang sialic acid (N-acetylneuraminic) mula sa isang cytidine-5′-monophosphate (CMP) precursor. Ang reaksyon na ito ay nangyayari sa trans Golgi sac.

Mga paggamot sa Cytosine at cancer na chemotherapeutic

Ang Tetrahydrofolate acid (FH4) ay isang mapagkukunan ng -CH _{3 na mga} pangkat , at kinakailangan para sa biosynthesis ng dTMP mula sa dult. Bilang karagdagan, nabuo ang FH2. Ang pagbawas ng FH2 sa FH4 ay nangangailangan ng isang reductase ng folate at NADPH. Ang ilang mga inhibitor ng folate reductase, tulad ng aminopterin at methotrexate, ay ginagamit sa paggamot sa kanser.

Ang Methotrexan ay isang mapagkumpitensya na nakagambala. Ang folate reductase ay nagbubuklod ng 100 beses na higit pang pagkakaugnay sa ito na taga-inhibitor kaysa sa substrate nito. Ang Aminopterin ay gumagana sa isang katulad na paraan.

Ang pagsugpo ng folate reductase nang hindi direktang pinipigilan ang biosynthesis ng dTMP, at samakatuwid ay sa dCTP. Ang direktang pagsugpo ay nangyayari sa pamamagitan ng mga inhibitor ng thymidylate synthetase enzyme, na catalyzes ang dTMP mula sa sulo. Ang mga inhibitor na ito ay 5-fluorouracil at 5-fluoro-2-deoxyuridine.

Halimbawa, ang 5-fluoroacyl ay hindi mismo isang inhibitor ngunit unang-convert, sa recycling pathway, upang deoxyuridine mphosphate d (FdUMP), na nagbubuklod at pinipigilan ang thymidylate synthetase.

Mga sangkap na magkakatulad sa glutamine, azaserine at acivicin, pagbawalan ang glutamine amidotransferase. Ang Azarin ay isa sa mga unang sangkap na natuklasan upang kumilos bilang isang hindi aktibong nagpapakamatay.

Mga Sanggunian

1. Assi, HA, Garavís, M., González, C., at Damha, MJ 2018. i-Motif DNA: mga tampok na istruktura at kabuluhan sa biology ng cell. Ang Nuclei Acids Research, 46: 8038-8056.
2. Bohinski, R. 1991. Biochemistry. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
3. Devlin, TM 2000. Biochemistry. Editoryal Reverté, Barcelona.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Cellular at molekular na biology. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sāo Paulo.
5. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Mga Prinsipyo ng biochemistry. WH Freeman, New York.
6. Voet, D. at Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley at Anak, USA.