URACIL: ISTRAKTURA, PAG-ANDAR, KATANGIAN, SYNTHESIS - BIOLOGY - 2026

Ang uracil ay isang uri ng pyrimidine nucleobase, na matatagpuan sa ribonucleic acid (RNA). Ito ay isa sa mga katangian na naiiba ang RNA mula sa deoxyribonucleic acid (DNA), dahil ang huli ay may thymine sa halip na uracil. Ang parehong mga sangkap, uracil at thymine, ay naiiba lamang na ang huli ay may isang pangkat na methyl.

Mula sa isang punto ng evolutionary, iminungkahi na ang RNA ay ang unang molekula na nag-imbak ng impormasyon ng genetic at gumana bilang isang katalista sa mga cell, bago ang DNA at mga enzyme. Dahil dito, ang uracil ay naisip na may mahalagang papel sa ebolusyon ng buhay.

Pinagmulan: Kemikungen

Sa mga buhay na bagay, ang uracil ay hindi matatagpuan sa libreng porma, ngunit karaniwang bumubuo ng mga nucleotides monophosphate (UMP), diphosphate (UDP) at triphosphate (UTP). Ang mga uracil nucleotides na ito ay may iba't ibang mga pag-andar, tulad ng RNA at glycogen biosynthesis, isomeric interconversion ng mga sugars, at regulasyon ng glutamine synthase.

Istraktura at mga katangian

Ang Uracil, na tinatawag na 2,4-dioxypyridine, ay may empirical formula C ₄ H ₄ N ₂ O ₂ , na ang timbang ng molekular ay 112.09 g / mol, at nalinis bilang isang puting pulbos.

Ang istraktura ng uridine ay isang heterocyclic singsing na may apat na carbon atoms at dalawang nitrogen atom, na may kahaliling dobleng bono. Ito ay planar.

Mayroon itong solubility ng 50mg / ml, sa 25ºC, sa 1M sodium hydroxide, at isang pKa sa pagitan ng 7.9 at 8.2. Ang haba ng daluyong kung saan ang pinakamataas na pagsipsip nito (ʎ _max ) ay nangyayari sa pagitan ng 258 at 260 nm.

Biosynthesis

Mayroong isang karaniwang landas para sa pyrimidine nucleotide biosynthesis (uracil at cytokine). Ang unang hakbang ay ang biosynthesis ng carbamoyl pospeyt mula sa CO ₂ at NH ₄ ⁺ , na kung saan ay napalaki ng carbamoyl phosphate synthetase.

Ang Pyrimidine ay itinayo mula sa carboyl phosphate at aspartate. Ang parehong mga sangkap ay gumanti at bumubuo ng N-carbamoylaspartate, isang reaksyon na napalaki ng aspartate transcabamoylase (ATCase). Ang pagsasara ng pyrimidine singsing ay sanhi ng pag-aalis ng tubig na nabalisa ng dihydrootase, at gumagawa ng L-dihydrorotate.

Ang L-dihydrorotate ay na-oxidized at na-convert sa orotate; ang tumatanggap ng elektron ay NAD ⁺ . Ito ay isang reaksyon na catalyzed ng dihydroorotate dehydrogenase. Ang susunod na hakbang ay binubuo ng paglipat ng pangkat na phosphoribosyl, mula sa phosphoribosyl pyrophosphate (PRPP), upang mag-orotate. Ito ay bumubuo ng orotidylate (OMP) at walang tulay na pyrophosphate (PPi), na napalaki ng orotate phosphoribosyl transferase.

Ang huling hakbang ay binubuo ng decarboxylation ng pyrimidine singsing ng orotidylate (OMP). Ito ay bumubuo ng uridylate (uridin-5′-monophosphate, UMP), na pinalaki ng isang decarboxylase.

Pagkatapos, sa pamamagitan ng pakikilahok ng isang kinase, ang isang grupo ng pospeyt ay inilipat mula sa ATP sa UMP, na bumubuo ng UDP (uridine-5′-diphosphate). Ang huli ay paulit-ulit, na bumubuo ng UTP (uridin-5′-triphosphate).

Ang regulasyon ng biosynthesis

Sa bakterya, ang regulasyon ng pyrimidine biosynthesis ay nangyayari sa pamamagitan ng negatibong puna, sa antas ng aspartate transcabamoylase (ATCase).

Ang enzyme na ito ay hinarang ng CTP (cytidine-5′-triphosphate), na kung saan ay ang dulo ng produkto ng pyrimidine biosynthetic pathway. Ang ATCase ay nagtataglay ng mga subunit ng regulasyon na nagbubuklod sa allosteric regulator CTP.

Sa mga hayop, ang regulasyon ng pyrimidine biosynthesis ay nangyayari sa pamamagitan ng negatibong puna, sa antas ng dalawang mga enzymes: 1) karbamoyl phosphate synthase II, na hinihimok ng UTP at naisaaktibo ng ATP at PRPP; at 2) OMP decarboxylase, na pinipigilan ng produkto ng reaksyon na ito ay catalyzes, UMP. Ang rate ng biosynthesis ng OMP ay nag-iiba sa pagkakaroon ng PRPP.

Papel sa RNA biosynthesis

Ang Uracil ay naroroon sa lahat ng uri ng RNA, tulad ng messenger RNA (mRNA), paglipat ng RNA (tRNA), at ribosomal RNA (rRNA). Ang biosynthesis ng mga molekulang ito ay nangyayari sa pamamagitan ng isang proseso na tinatawag na transkrip.

Sa panahon ng transkripsyon, ang impormasyon na nilalaman sa DNA ay kinopya sa RNA ng isang RNA polymerase. Ang reverse process, kung saan ang impormasyong nilalaman sa RNA ay kinopya sa DNA, ay nangyayari sa ilang mga virus at halaman sa pamamagitan ng reverse transcriptase.

Ang RNA biosynthesis ay nangangailangan ng nucleoside triphosphate (NTP), lalo na: uridine triphosphate (UTP), cytidine triphosphate (CTP), 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 biosynthesis ng mga sugars

Ang mga estar ng asukal ay napaka-pangkaraniwan sa mga nabubuhay na organismo. Ang ilan sa mga esterong ito ay ang nucleoside ester diphosphates, tulad ng UDP-sugars, na napakarami sa mga cell. Ang mga UDP-sugars ay nakikilahok sa biosynthesis ng disaccharides, oligosaccharides at polysaccharides.

Sa mga halaman, ang sucrose biosynthesis ay nangyayari sa pamamagitan ng dalawang mga daanan: isang pangunahing at pangalawang landas.

Ang pangunahing landas ay ang paglipat ng D-glucose mula sa UDP-D-glucose sa D-fructose upang mabuo ang sucrose at UDP. Ang pangalawang landas ay may kasamang dalawang hakbang: nagsisimula ito sa UDP-D-glucose at fructose-6-phosphate at nagtatapos sa pagbuo ng sukrosa at pospeyt.

Sa mga glandula ng mammary, ang biosynthesis ng lactose ay nangyayari mula sa UDP-D-galactose at glucose.

Sa mga halaman, ang cellulose biosynthesis ay isinasagawa ng patuloy na paghalay ng mga natitirang beta-D-glucosyl, mula sa UDP-glucose hanggang sa hindi pagbabawas ng pagtatapos ng lumalagong kadena ng polyglucose. Katulad nito, ang amylose at amylopectin biosynthesis ay nangangailangan ng UDP-glucose bilang isang substrate na glucose donor sa lumalaking kadena.

Sa mga hayop, ang parehong UDP-glucose at ADP-glucose ay ginagamit para sa glycogen biosynthesis. Katulad nito, ang chondroitin sulfate biosynthesis ay nangangailangan ng UDP-xylose, UDP-galactose, at UDP-glucuronate.

Papel sa isomeric interconversion ng mga sugars

Ang pag-convert ng galactose sa isang intermediate ng glycolysis ay nangyayari sa pamamagitan ng Leloir pathway. Ang isa sa mga hakbang sa daang ito ay naka-catalyzed ng enzyme na UDP-galactose-4-epimerase, na nagpapadali sa interconversion ng UDP-galactose sa UDP-glucose.

Papel sa glycoprotein biosynthesis

Sa panahon ng glycoprotein biosynthesis, ang mga protina ay tumatawid sa cis, gitna, at trans sacs ng Golgi apparatus.

Ang bawat isa sa mga sako na ito ay may isang hanay ng mga enzymes na nagpoproseso ng glycoproteins. Ang mga monomer ng asukal, tulad ng glucose at galactose, ay idinagdag sa oligosaccharide ng protina mula sa UDP-hexose at iba pang mga nucleotides-hexose.

Ang hexose nucleotides ay dinadala sa mga Golgi cisterns sa pamamagitan ng antiport. Ang UDP-galactose (UDP-Gal) at UDP-N-acetylgalactosamine (UDP-GalNAc) ay pumapasok sa mga cisterns mula sa cytosol sa pamamagitan ng pagpapalit ng UMP.

Sa Golgi cistern, isang phosphatase ang nagbubungkal ng isang pospeyt sa UDP at bumubuo sa UMP at Pi. Ang UDP ay nagmula sa mga reaksyon na pinalaki ng galactosyltransferase at N-acetylgalactosamyltransferase. Ang UMP na nabuo ng phosphatase ay nagsisilbi para sa palitan ng nucleotide-hexose.

Papel sa regulasyon ng glutamine synthase

Ang isang mekanismo ng regulasyon ng glutamine synthase ay ang covalent modification, na binubuo ng adenylation, na hindi aktibo ito, at dedenylation, na nagpapa-aktibo nito. Ang pagbabagong ito ng covalent ay mababaligtad at naparalisa ng adenyltransferase.

Ang aktibidad ng Adenyltransferase ay nabago sa pamamagitan ng pagbubuklod ng protina ng PII, na kinokontrol ng isang covalent modification, uridinylation.

Ang parehong pag-uridylation at deuridylation ay isinasagawa ng uridylyltransferase. Sa ganitong enzyme, ang aktibidad ng uridylation ay dahil sa glutamine at pospeyt, at isinaaktibo sa pamamagitan ng pagbubuklod ng alpha-ketoglutarate at ATP sa PII.

Papel sa pag-edit ng RNA

Ang ilang mga mRNA ay na-edit bago isalin. Sa ilang mga eukaryotic organism, tulad ng Trypanosoma brucei, mayroong pag-edit ng RNA ng transcript ng cytochrome oxidase subunit II gene. Nangyayari ito sa pamamagitan ng pagpasok ng mga residue ng uracil, isang reaksyon na napalaki ng uridyltransferase ng terminal.

Ang isang gabay na RNA, pantulong sa na-edit na produkto, ay kumikilos bilang isang template para sa proseso ng pag-edit. Ang mga pares ng base na nabuo sa pagitan ng paunang transcript at ang gabay na RNA ay nagpapahiwatig ng G = U na mga pares ng base na hindi Watson-Crick at karaniwan sa RNA.

UDP-glucose biosynthesis

Sa ilalim ng mga kondisyon ng physiological, ang biosynthesis ng glycogen mula sa glucose-1-phosphate ay imposible na thermodynamically (positibo ng ΔG). Dahil dito, bago ang biosynthesis, nangyayari ang activation ng glucose-1-phosphate (G1P). Pinagsasama ng reaksyon na ito ang G1P at UTP upang makabuo ng glucose ng uridine diphosphate (UDP-glucose o UDPG).

Ang reaksyon ay nabalisa ng UDP-glucose pyrophosphorylase, at ito ay ang mga sumusunod:

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

Ang Gibbs na libreng enerhiya na pagkakaiba-iba sa hakbang na ito ay malaki at negatibo (-33.5 KJ / mol). Sa panahon ng reaksyon sa oxygen, inaatake ng G1P ang alpha phosphorus atom ng UTP at bumubuo ng UDP-glucose at hindi organikong pyrophosphate (PPi). Susunod, ang PPi ay hydrolyzed ng isang hindi organikong pyrophosphatase, na ang enerhiya ng hydrolysis ay kung ano ang nagtutulak sa pangkalahatang reaksyon.

Ang UDP-glucose ay isang sangkap na "mataas na enerhiya". Pinapayagan nitong mabuo ang mga glycosidic bond sa pagitan ng residue ng glucose at ang lumalaking polysaccharide chain. Ang parehong prinsipyong masipag ay naaangkop sa mga reaksyon kung saan lumahok ang UDP-sugars, tulad ng biosynthesis ng disaccharides, oligosaccharides at glycoproteins.

Uracil DNA glycosylase

Mayroong mga sugat sa DNA na nangyayari nang spontan. Ang isa sa mga sugat na ito ay ang kusang pagpapawalang-bisa ng cytokine, at ang kahihinatnan nitong pagbabalik sa uracil. Sa kasong ito, naganap ang pag-aayos sa pamamagitan ng pag-alis ng binagong base mula sa DNA ng isang enzyme na tinatawag na uracil DNA glycosylase.

Tinatanggal ng enzyme uracil DNA glycosylase ang nasira na cytokine (uracil), na gumagawa ng nalalabi na deoxyribose na kulang sa base ng nitrogen, na tinawag na AP site (apurinic-apyrimidinic site).

Ang enzyme AP endonuclease pagkatapos ay pinuputol sa pamamagitan ng phosphodiester backbone ng AP site, tinanggal ang nalalabi na asukal-pospeyt. Ang polymerase ng DNA ay pinapanumbalik ko ang nasira na strand.

Mga Sanggunian

1. Bohinski, R. 1991. Biochemistry. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
2. Devlin, TM 2000. Biochemistry. Editoryal Reverté, Barcelona.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Cellular at molekular na biology. Ang editoryal na Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sāo Paulo.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Mga Prinsipyo ng biochemistry. WH Freeman, New York.
5. Voet, D. at Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley at Anak, USA.