URACIL: โครงสร้างหน้าที่คุณสมบัติการสังเคราะห์ - ชีววิทยา

uracilเป็นชนิด pyrimidine nucleobase พบในกรด ribonucleic (RNA) นี่เป็นหนึ่งในลักษณะที่ทำให้ RNA แตกต่างจากกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) เนื่องจากชนิดหลังมีไทมีนแทนยูราซิล สารทั้งสอง uracil และ thymine แตกต่างกันเพียงที่สารหลังมีกลุ่มเมธิล

จากมุมมองของวิวัฒนาการได้มีการเสนอว่า RNA เป็นโมเลกุลแรกที่เก็บข้อมูลทางพันธุกรรมและทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในเซลล์ก่อน DNA และเอนไซม์ ด้วยเหตุนี้จึงคิดว่าอูราซิลมีบทบาทสำคัญในวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

ที่มา: Kemikungen

ในสิ่งมีชีวิตไม่พบ uracil ในรูปอิสระ แต่โดยทั่วไปจะสร้างนิวคลีโอไทด์โมโนฟอสเฟต (UMP) ไดฟอสเฟต (UDP) และไตรฟอสเฟต (UTP) ยูราซิลนิวคลีโอไทด์เหล่านี้มีหน้าที่แตกต่างกันเช่น RNA และการสังเคราะห์ไกลโคเจนการสังเคราะห์น้ำตาลแบบไอโซเมอร์และการควบคุมการสังเคราะห์กลูตามีน

โครงสร้างและคุณสมบัติ

Uracil เรียกว่า 2,4-dioxypyridine มีสูตรเชิงประจักษ์ C ₄ H ₄ N ₂ O ₂ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุล 112.09 g / mol และบริสุทธิ์เป็นผงสีขาว

โครงสร้างของยูริดีนเป็นวงแหวนเฮเทอโรไซคลิกที่มีคาร์บอนสี่อะตอมและไนโตรเจนสองอะตอมโดยมีพันธะคู่สลับกัน มันเป็นระนาบ

มีความสามารถในการละลายได้ 50 มก. / มล. ที่25ºCในโซเดียมไฮดรอกไซด์ 1M และ pKa ระหว่าง 7.9 ถึง 8.2 ความยาวคลื่นที่เกิดการดูดซับสูงสุด (ʎ _{สูงสุด} ) อยู่ระหว่าง 258 ถึง 260 นาโนเมตร

การสังเคราะห์

มีทางเดินร่วมกันสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของไพริมิดีนนิวคลีโอไทด์ (อูราซิลและไซโตไคน์) ขั้นตอนแรกคือการสังเคราะห์ทางชีวภาพของคาร์บามอยล์ฟอสเฟตจาก CO ₂และ NH ₄⁺ซึ่งเร่งปฏิกิริยาโดยคาร์บาโมอิลฟอสเฟตซินเทเทส

ไพริมิดีนสร้างจากคาร์โบนิลฟอสเฟตและแอสพาเทต สารทั้งสองทำปฏิกิริยาและสร้าง N-carbamoylaspartate ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย aspartate transcabamoylase (ATCase) การปิดของวงแหวนไพริมิดีนเกิดจากการคายน้ำที่เร่งปฏิกิริยาโดยไดไฮโดรเทสและสร้าง L-dihydrorotate

L-dihydrorotate ถูกออกซิไดซ์และเปลี่ยนเป็น orotate รับอิเล็กตรอนคือ NAD +เป็นปฏิกิริยาที่เร่งโดยไดไฮโดรโรเตตดีไฮโดรจีเนส ขั้นตอนต่อไปประกอบด้วยการถ่ายโอนหมู่ฟอสฟอริโบซิลจากฟอสฟอริโบซิลไพโรฟอสเฟต (PRPP) ไปยัง orotate มันสร้าง orotidylate (OMP) และอนินทรีย์ไพโรฟอสเฟต (PPi) เร่งปฏิกิริยาโดย orotate phosphoribosyl transferase

ขั้นตอนสุดท้ายประกอบด้วย decarboxylation ของวงแหวน pyrimidine ของ orotidylate (OMP) สร้าง uridylate (uridin-5′-monophosphate, UMP) ซึ่งเร่งปฏิกิริยาโดย decarboxylase

จากนั้นโดยการมีส่วนร่วมของไคเนสกลุ่มฟอสเฟตจะถูกถ่ายโอนจาก ATP ไปยัง UMP กลายเป็น UDP (uridine-5′-diphosphate) หลังทำซ้ำกลายเป็น UTP (uridin-5′-triphosphate)

กฎระเบียบของการสังเคราะห์ทางชีวภาพ

ในแบคทีเรียการควบคุมการสังเคราะห์ทางชีวภาพของไพริมิดีนเกิดขึ้นจากผลตอบรับเชิงลบที่ระดับแอสพาเทตทรานคาบาไมเลส (ATCase)

เอนไซม์นี้ถูกยับยั้งโดย CTP (cytidine-5′-triphosphate) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพของไพริมิดีน ATCase มีหน่วยย่อยของกฎข้อบังคับที่ผูกมัดกับ CTP ของตัวควบคุม allosteric

ในสัตว์การควบคุมการสังเคราะห์ไพริมิดีนจะเกิดขึ้นจากผลตอบรับเชิงลบที่ระดับของเอนไซม์ 2 ชนิด: 1) คาร์บาโมอิลฟอสเฟตซินเทส II ซึ่งถูกยับยั้งโดย UTP และกระตุ้นโดย ATP และ PRPP และ 2) OMP decarboxylase ซึ่งถูกยับยั้งโดยผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยา UMP อัตราการสังเคราะห์ทางชีวภาพของ OMP แตกต่างกันไปตามความพร้อมใช้งานของ PRPP

บทบาทในการสังเคราะห์ RNA

Uracil มีอยู่ใน RNA ทุกประเภทเช่น messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA) และ ribosomal RNA (rRNA) การสังเคราะห์ทางชีวภาพของโมเลกุลเหล่านี้เกิดขึ้นผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการถอดความ

ในระหว่างการถอดความข้อมูลที่อยู่ใน DNA จะถูกคัดลอกไปยัง RNA โดย RNA polymerase กระบวนการย้อนกลับซึ่งข้อมูลที่อยู่ใน RNA จะถูกคัดลอกไปยัง DNA เกิดขึ้นในไวรัสและพืชบางชนิดผ่าน reverse transcriptase

การสังเคราะห์ RNA ต้องใช้นิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟต (NTP) ได้แก่ uridine triphosphate (UTP), cytidine triphosphate (CTP), adenine triphosphate (ATP) และ guanine triphosphate (GTP) ปฏิกิริยาคือ:

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

การไฮโดรไลซิสของไพโรฟอสเฟตอนินทรีย์ (PPi) ให้พลังงานสำหรับการสังเคราะห์ RNA

บทบาทในการสังเคราะห์น้ำตาลทางชีวภาพ

น้ำตาลเอสเทอร์พบมากในสิ่งมีชีวิต เอสเทอร์เหล่านี้บางตัวเป็นไดฟอสเฟตของนิวคลีโอไซด์เอสเตอร์เช่นน้ำตาล UDP ซึ่งมีอยู่มากในเซลล์ UDP- น้ำตาลมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์ทางชีวภาพของไดแซ็กคาไรด์โอลิโกแซ็กคาไรด์และโพลีแซ็กคาไรด์

ในพืชการสังเคราะห์ทางชีวภาพของซูโครสเกิดขึ้นผ่านสองเส้นทาง: ทางเดินหลักและทางทุติยภูมิ

เส้นทางหลักคือการถ่ายโอน D-glucose จาก UDP-D-glucose ไปยัง D-fructose เพื่อสร้างน้ำตาลซูโครสและ UDP ทางเดินทุติยภูมิประกอบด้วยสองขั้นตอน: เริ่มต้นด้วย UDP-D- กลูโคสและฟรุกโตส -6- ฟอสเฟตและจบลงด้วยการสร้างซูโครสและฟอสเฟต

ในต่อมน้ำนมการสังเคราะห์แลคโตสเกิดขึ้นจาก UDP-D-galactose และกลูโคส

ในพืชการสังเคราะห์ทางชีวภาพของเซลลูโลสจะดำเนินการโดยการควบแน่นอย่างต่อเนื่องของสารตกค้างของเบต้า - ดี - กลูโคซิลตั้งแต่ UDP- กลูโคสไปจนถึงส่วนปลายที่ไม่ลดลงของห่วงโซ่โพลิกลูโคสที่กำลังเติบโต ในทำนองเดียวกันการสังเคราะห์อะไมโลสและอะไมโลเพคตินต้องใช้กลูโคส UDP เป็นสารตั้งต้นของผู้บริจาคกลูโคสไปยังห่วงโซ่การเจริญเติบโต

ในสัตว์ทั้ง UDP-glucose และ ADP-glucose ใช้สำหรับการสังเคราะห์ไกลโคเจน ในทำนองเดียวกันการสังเคราะห์ด้วยซัลเฟต chondroitin ต้องใช้ UDP-xylose, UDP-galactose และ UDP-glucuronate

บทบาทในการแปลงค่าระหว่างน้ำตาลไอโซเมอร์

การเปลี่ยนกาแลคโตสไปเป็นไกลโคไลซิสระดับกลางเกิดขึ้นผ่านวิถี Leloir หนึ่งในขั้นตอนในเส้นทางนี้เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ UDP-galactose-4-epimerase ซึ่งอำนวยความสะดวกในการแปลง UDP-galactose เป็น UDP-glucose

บทบาทในการสังเคราะห์ไกลโคโปรตีน

ในระหว่างการสังเคราะห์ไกลโคโปรตีนโปรตีนจะเคลื่อนผ่านถุงซิสกลางและถุงทรานส์ของอุปกรณ์ Golgi

แต่ละถุงเหล่านี้มีชุดของเอนไซม์ที่ประมวลผลไกลโคโปรตีน น้ำตาลโมโนเมอร์เช่นกลูโคสและกาแลคโตสจะถูกเพิ่มเข้าไปในโอลิโกแซ็กคาไรด์ของโปรตีนจาก UDP-hexose และนิวคลีโอไทด์ - เฮกโซสอื่น ๆ

เฮกโซสนิวคลีโอไทด์ถูกขนส่งไปยังบ่อเก็บน้ำ Golgi โดยแอนติพอร์ต UDP-galactose (UDP-Gal) และ UDP-N-acetylgalactosamine (UDP-GalNAc) เข้าสู่ถังน้ำจากไซโตซอลโดยแลกเปลี่ยนกับ UMP

ในถังเก็บน้ำ Golgi ฟอสฟาเทสไฮโดรไลซ์หมู่ฟอสเฟตบน UDP และสร้าง UMP และ Pi UDP มาจากปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย galactosyltransferase และ N-acetylgalactosamyltransferase UMP ที่เกิดจากฟอสฟาเทสทำหน้าที่แลกเปลี่ยนนิวคลีโอไทด์ - เฮกโซส

บทบาทในการควบคุมกลูตามีนซินเทส

กลไกการกำกับดูแลของกลูตามีนซินเทสคือการดัดแปลงโควาเลนต์ซึ่งประกอบด้วย adenylation ซึ่งจะปิดการใช้งานและการขจัดดีไนเลชันซึ่งจะกระตุ้นการทำงาน การปรับเปลี่ยนโควาเลนต์นี้สามารถย้อนกลับได้และเร่งปฏิกิริยาโดยอะดีนิลทรานสเฟอเรส

กิจกรรมของ Adenyltransferase ถูกปรับโดยการจับตัวของโปรตีน PII ซึ่งควบคุมโดยการปรับเปลี่ยนโควาเลนต์ uridinylation

ทั้ง uridylation และ deuridylation ดำเนินการโดย uridylyltransferase ในเอนไซม์นี้กิจกรรม uridylation เกิดจากกลูตามีนและฟอสเฟตและถูกกระตุ้นโดยการจับแอลฟาคีโตกลูตาเรทและ ATP กับ PII

บทบาทในการแก้ไข RNA

mRNA บางส่วนได้รับการแก้ไขก่อนการแปล ในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตบางชนิดเช่น Trypanosoma brucei มีการแก้ไข RNA ของการถอดเสียงของยีนย่อย cytochrome oxidase II สิ่งนี้เกิดขึ้นจากการใส่สารตกค้างของ uracil ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย uridyltransferase ของเทอร์มินัล

RNA คำแนะนำซึ่งเป็นส่วนเสริมของผลิตภัณฑ์ที่แก้ไขทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับกระบวนการแก้ไข คู่ฐานที่เกิดขึ้นระหว่างการถอดเสียงเริ่มต้นและคำแนะนำ RNA เกี่ยวข้องกับคู่เบส G = U ที่ไม่ใช่วัตสัน - คริกและพบได้ทั่วไปใน RNA

การสังเคราะห์ด้วยน้ำตาลกลูโคส UDP

ภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยาการสังเคราะห์ไกลโคเจนทางชีวภาพจากกลูโคส -1 - ฟอสเฟตเป็นไปไม่ได้ในทางอุณหพลศาสตร์ (ΔGบวก) ด้วยเหตุนี้ก่อนการสังเคราะห์ทางชีวภาพการกระตุ้นของกลูโคส -1 - ฟอสเฟต (G1P) จึงเกิดขึ้น ปฏิกิริยานี้รวม G1P และ UTP เพื่อสร้าง uridine diphosphate glucose (UDP-glucose หรือ UDPG)

ปฏิกิริยาจะถูกเร่งโดย UDP-glucose pyrophosphorylase และเป็นดังนี้:

G1P + UTP -> UDP- กลูโคส + 2Pi

การแปรผันพลังงานอิสระของ Gibbs ในขั้นตอนนี้มีขนาดใหญ่และเป็นลบ (-33.5 KJ / mol) ในระหว่างปฏิกิริยากับออกซิเจน G1P จะโจมตีอะตอมของอัลฟาฟอสฟอรัสของ UTP และสร้าง UDP-glucose และอนินทรีย์ไพโรฟอสเฟต (PPi) ต่อไป PPi จะถูกไฮโดรไลซ์โดยไพโรฟอสฟาเตสอนินทรีย์ซึ่งพลังงานไฮโดรไลซิสเป็นสิ่งที่ขับเคลื่อนปฏิกิริยาทั่วไป

UDP- กลูโคสเป็นสาร "พลังงานสูง" ช่วยให้สามารถสร้างพันธะไกลโคซิดิกระหว่างกากน้ำตาลกลูโคสกับห่วงโซ่โพลีแซคคาไรด์ที่กำลังเติบโต หลักการพลังเดียวกันนี้ใช้ได้กับปฏิกิริยาที่น้ำตาล UDP เข้าร่วมเช่นการสังเคราะห์ทางชีวภาพของไดแซ็กคาไรด์โอลิโกแซ็กคาไรด์และไกลโคโปรตีน

ยูราซิลดีเอ็นเอไกลโคซิเลส

มีรอยโรคของดีเอ็นเอเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ หนึ่งในรอยโรคเหล่านี้คือการปนเปื้อนของไซโตไคน์ที่เกิดขึ้นเองและการเปลี่ยนเป็น uracil ในกรณีนี้การซ่อมแซมจะเกิดขึ้นโดยการเอาเบสที่ดัดแปลงออกจาก DNA โดยเอนไซม์ที่เรียกว่า uracil DNA glycosylase

เอนไซม์ยูราซิลดีเอ็นเอไกลโคซิเลสจะกำจัดไซโตไคน์ (uracil) ที่เสียหายออกไปทำให้เกิดกากดีออกซีไรโบสที่ขาดฐานไนโตรเจนเรียกว่าไซต์ AP (ไซต์ apurinic-apyrimidinic)

จากนั้นเอนไซม์ AP endonuclease จะตัดผ่านกระดูกสันหลังของ phosphodiester ของไซต์ AP เพื่อขจัดกากน้ำตาล - ฟอสเฟต DNA polymerase ฉันคืนค่าเส้นใยที่เสียหาย

อ้างอิง

Bohinski, R. 1991. ชีวเคมี. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware
Devlin, TM 2000. ชีวเคมี. กองบรรณาธิการReverté, Barcelona
Lodish, H. , Berk, A. , Zipurski, SL, Matsudaria, P. , Baltimore, D. , Darnell, J. 2003. เซลล์และอณูชีววิทยา กองบรรณาธิการ Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sāo Paulo
Nelson, DL, Cox, MM 2008 Lehninger - หลักการทางชีวเคมี WH ฟรีแมนนิวยอร์ก
Voet, D. และ Voet, J. 2004. ชีวเคมี. จอห์นไวลีย์แอนด์ซันส์สหรัฐอเมริกา

URACIL: โครงสร้างหน้าที่คุณสมบัติการสังเคราะห์ - ชีววิทยา - 2026