URACIL: STRUCTURĂ, FUNCȚII, PROPRIETĂȚI, SINTEZĂ - BIOLOGIE - 2025

Uracilul este un tip de nucleobază pirimidinic, găsită în acidul ribonucleic (ARN). Aceasta este una dintre caracteristicile care diferențiază ARN de acidul dezoxiribonucleic (ADN), deoarece acesta din urmă are timină în loc de uracil. Ambele substanțe, uracilul și timina, diferă doar prin faptul că acesta din urmă are o grupare metil.

Din punct de vedere evolutiv, s-a propus ca ARN să fie prima moleculă care a stocat informații genetice și a funcționat ca un catalizator în celule, înainte de ADN și enzime. Din această cauză, se crede că uracilul a jucat un rol cheie în evoluția vieții.

Sursa: Kemikungen

În viețuitoare, uracilul nu se găsește sub formă liberă, ci formează în mod obișnuit nucleotide monofosfat (UMP), difosfat (UDP) și trifosfat (UTP). Aceste nucleotide uracil au funcții diferite, cum ar fi ARN și biosinteza glicogenului, interconversia izomerică a zaharurilor și reglarea glutaminei sintazei.

Structura și proprietățile

Uracil, numit 2,4-dioxypiridină, are formula empirică C ₄ H ₄ N ₂ O ₂ , a cărei masă moleculară este de 112,09 g / mol și este purificată sub formă de pulbere albă.

Structura uridinei este un inel heterociclic cu patru atomi de carbon și doi atomi de azot, cu legături duble alternante. Este plană.

Are o solubilitate de 50mg / ml, la 25ºC, în hidroxid de sodiu 1M și un pKa între 7,9 și 8,2. Lungimea de undă unde are loc absorbția maximă (ʎ _max ) este cuprinsă între 258 și 260 nm.

biosinteza

Există o cale comună pentru biosinteza nucleotidelor pirimidine (uracil și citokină). Primul pas este biosinteza fosfat carbamoil din CO ₂ și NH ₄ ⁺ , care este catalizată de sintetaza fosfat carbamoil.

Pirimidina este construită din fosfat carboiil și aspartat. Ambele substanțe reacționează și formează N-carbamoilpartat, o reacție catalizată de aspartat transcabamoylaza (ATCază). Închiderea inelului de pirimidină este cauzată de deshidratarea catalizată de dihidrootaza, producând L-dihidrorotat.

L-dihidrorotatul este oxidat și transformat în orotat; acceptorul de electroni este NAD ⁺ . Este o reacție catalizată de dihidroorotat dehidrogenază. Următoarea etapă constă în transferul grupei fosforibosil, de la fosforibosil pirofosfat (PRPP), la orotat. Formează orotidilat (OMP) și pirofosfat anorganic (PPi), catalizat de orotat fosforibosil transferaza.

Ultima etapă constă în decarboxilarea inelului pirimidinic al orotidilatului (OMP). Formează uridilat (uridin-5'-monofosfat, UMP), care este catalizat de o decarboxilază.

Apoi, prin participarea unei kinaze, o grupare fosfat este transferată de la ATP la UMP, formând UDP (uridină-5'-difosfat). Acesta din urmă este repetat, formând UTP (uridin-5'-trifosfat).

Reglarea biosintezei

La bacterii, reglarea biosintezei pirimidinei are loc prin feedback negativ, la nivelul transcabamoylazei aspartate (ATCase).

Această enzimă este inhibată de CTP (citidină-5'-trifosfat), care este produsul final al căii biosintetice pirimidine. ATCase posedă subunități de reglementare care se leagă la regulatorul alosteric CTP.

La animale, reglarea biosintezei de pirimidină are loc prin feedback negativ, la nivelul a două enzime: 1) carbamoil fosfat II, care este inhibată de UTP și activată de ATP și PRPP; și 2) OMP decarboxilază, care este inhibată de produsul reacției pe care o catalizează, UMP. Viteza de biosinteză a OMP variază în funcție de disponibilitatea PRPP.

Rolul biosintezei ARN

Uracil este prezent în toate tipurile de ARN, cum ar fi ARN mesager (ARNm), ARN de transfer (ARNt) și ARN ribozomal (ARNr). Biosinteza acestor molecule se întâmplă printr-un proces numit transcriere.

În timpul transcrierii, informațiile conținute în ADN sunt copiate în ARN de o ARN polimerază. Procesul invers, în care informațiile conținute în ARN sunt copiate în ADN, apare la unii virusuri și plante prin transcriptază inversă.

ARN biosinteza necesită nucleosid trifosfat (NTP), și anume: uridină trifosfat (UTP), citidină trifosfat (CTP), adenină trifosfat (ATP) și guanină trifosfat (GTP). Reacția este:

(ARN) _{n reziduuri} + NTP -> (ARN) _{n + 1} reziduuri + PPi

Hidroliza pirofosfatului anorganic (PPi) asigură energia pentru biosinteza ARN.

Rolul în biosinteza zaharurilor

Esterii de zahăr sunt foarte frecvente în organismele vii. Unii dintre acești esteri sunt difosfații ester nucleozidici, cum ar fi zaharurile UDP, care sunt foarte abundente în celule. UDP-zaharurile participă la biosinteza dizaharidelor, oligozaharidelor și polizaharidelor.

La plante, biosinteza de zaharoză are loc în două moduri: una primară și una secundară.

Principala cale este transferul de D-glucoză de la UDP-D-glucoză la D-fructoză pentru a forma zaharoză și UDP. Calea secundară include două etape: începe cu UDP-D-glucoză și fructoză-6-fosfat și se termină cu formarea de zaharoză și fosfat.

În glandele mamare, biosinteza lactozei apare din UDP-D-galactoză și glucoză.

La plante, biosinteza celulozei este realizată prin condensarea continuă a reziduurilor de beta-D-glucozil, de la UDP-glucoză la capătul netraducător al lanțului de poliglucoză în creștere. În mod similar, biosinteza amilozei și amilopectinei necesită UDP-glucoză ca substrat donator de glucoză în lanțul în creștere.

La animale, atât UDP-glucoza, cât și ADP-glucoză sunt utilizate pentru biosinteza glicogenului. În mod similar, biosinteza sulfat de condroitină necesită UDP-xiloză, UDP-galactoză și UDP-glucuronat.

Rolul în interconversia izomerică a zaharurilor

Conversia galactozei într-un intermediar al glicolizei are loc prin calea Leloir. Unul dintre pașii acestei căi este catalizat de enzima UDP-galactoza-4-epimeraza, care facilitează interconversia UDP-galactoza la UDP-glucoză.

Rolul în biosinteza glicoproteinei

În timpul biosintezei glicoproteinei, proteinele traversează sacurile cis, mijlocii și trans ale aparatului Golgi.

Fiecare dintre aceste saci are un set de enzime care procesează glicoproteinele. Monomerii de zahăr, cum ar fi glucoza și galactoza, sunt adăugați la oligozaharida proteinei din UDP-hexoză și alte nucleotide-hexoză.

Nucleotidele cu hexoză sunt transportate la cisternele Golgi prin antiport. UDP-galactoza (UDP-Gal) și UDP-N-acetilgalactozamină (UDP-GalNAc) intră în cisterne din citosol prin schimbul de UMP.

În cisterna Golgi, o fosfatază hidrolizează o grupare fosfat pe UDP și formează UMP și Pi. UDP provine din reacții catalizate de galactosiltransferază și N-acetilgalactosamiltransferază. UMP format din fosfatază servește la schimbul de nucleotide-hexoză.

Rolul în reglarea glutaminei sintazei

Un mecanism de reglare a glutaminei sintazei este modificarea covalentă, care constă în adenilare, care o inactivează și dedenilare, care o activează. Această modificare covalentă este reversibilă și catalizată de adenltransferază.

Activitatea adenyltransferazei este modulată prin legarea proteinei PII, care este reglată printr-o modificare covalentă, uridinilarea.

Atât uridilarea cât și deuridilarea sunt efectuate de uridiltransferază. În această enzimă, activitatea uridilării se datorează glutaminei și fosfatului și este activată prin legarea alfa-cetoglutaratului și a ATP la PII.

Rolul în editarea ARN

Unele ARNm sunt editate înainte de traducere. În unele organisme eucariote, cum ar fi Trypanosoma brucei, există editarea ARN a transcrierii genei subunității II a citocromoxidazei. Acest lucru se întâmplă prin introducerea reziduurilor de uracil, o reacție catalizată de uridiltransferaza terminală.

Un ARN-ghid, complementar produsului editat, acționează ca un șablon pentru procesul de editare. Perechile de bază formate între transcripția inițială și ARN-ul de ghid implică perechile de bază G = U care nu sunt Watson-Crick și sunt comune în ARN.

Biosinteză UDP-glucoză

În condiții fiziologice, biosinteza glicogenului din glucoza-1-fosfat este imposibilă termodinamic (ΔG pozitiv). Datorită acestui fapt, înainte de biosinteză, are loc activarea glucozei-1-fosfatului (G1P). Această reacție combină G1P și UTP pentru a forma uridină difosfat glucoză (UDP-glucoză sau UDPG).

Reacția este catalizată de pirofosforilaza UDP-glucoză și este următoarea:

G1P + UTP -> UDP-glucoză + 2Pi.

Variația de energie liberă Gibbs în această etapă este mare și negativă (-33,5 KJ / mol). În timpul reacției la oxigen, G1P atacă atomul de fosfor alfa al UTP și formează UDP-glucoză și pirofosfat anorganic (PPi). În continuare, PPi este hidrolizat de o pirofosfatază anorganică, a cărei energie de hidroliză este cea care conduce reacția generală.

UDP-glucoza este o substanță „cu energie mare”. Permite formarea legăturilor glicozidice între reziduul de glucoză și lanțul polizaharidic în creștere. Același principiu energic se aplică reacțiilor la care participă zaharuri UDP, cum ar fi biosinteza dizaharidelor, oligozaharidelor și glicoproteinelor.

Uracil ADN glicozilază

Există leziuni ADN care apar spontan. Una dintre aceste leziuni este deaminarea spontană a citokinei și transformarea ei în consecință în uracil. În acest caz, reparația are loc prin îndepărtarea bazei modificate din ADN de o enzimă numită uracil ADN glicozilază.

Enzima uracil ADN glicozilază elimină citokina deteriorată (uracil), producând un reziduu de dezoxiriboză căruia îi lipsește baza de azot, numit situs AP (site apurinic-apirimidinic).

Enzima AP endonuclează apoi se taie prin coloana vertebrală a fosfodiesterului sitului AP, îndepărtând resturile de zahăr-fosfat. ADN-polimeraza I restabileste catena deteriorata.

Referințe

1. Bohinski, R. 1991. Biochimie. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
2. Devlin, TM 2000. Biochimie. Editorial Reverté, Barcelona.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Biologie celulară și moleculară. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexic, São Paulo.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Principiile biochimiei. WH Freeman, New York.
5. Voet, D. și Voet, J. 2004. Biochimie. John Wiley and Sons, SUA.