אורקיל: מבנה, פונקציות, תכונות, סינתזה - ביולוגיה - 2025

אורציל הוא סוג nucleobase pyrimidine, נמצא חומצה ריבונוקלאית (RNA). זהו אחד המאפיינים המבדילים בין RNA לחומצה deoxyribonucleic (DNA), מכיוון שלאחרון יש תימין במקום אורציל. שני החומרים, אורציל ותימין, נבדלים זה מזה רק בכך שלאחרונים יש קבוצת מתיל.

מנקודת מבט אבולוציונית, הוצע כי RNA הייתה המולקולה הראשונה שאגרה מידע גנטי ותפקדה כזרז בתאים, לפני DNA ואנזימים. מסיבה זו, נחשב כי אורציל מילא תפקיד מפתח בהתפתחות החיים.

מקור: Kemikungen

בדברים חיים, אורציל לא נמצא בצורה חופשית, אך לרוב הוא יוצר נוקלאוטידים מונופוספט (UMP), דיפוספט (UDP) וטריפוספט (UTP). לתאי נוקלאוטידים אלה באורציל פונקציות שונות, כמו RNA וביוסינתזה של גליקוגן, המרה איזומרית של סוכרים, ויסות סינתז גלוטמין.

מבנה ותכונות

לאורוציל, המכונה 2,4-dioxypyridine, יש את הנוסחה האמפירית C ₄ H ₄ N ₂ O ₂ , שמשקלה המולקולרי הוא 112.09 גרם / מול, ומטהר כאבקה לבנה.

מבנה האוררין הוא טבעת הטרוציקליקית עם ארבעה אטומי פחמן ושני אטומי חנקן, עם קשרים כפולים לסירוגין. זה מישורי.

יש לו מסיסות של 50 מ"ג / מ"ל, בחום של 25 מעלות צלזיוס, ב 1M נתרן הידרוקסיד, ו- pKa בין 7.9 ל 8.2. אורך הגל בו הספיגה המרבית שלו (its _{מקסימום} ) מתרחשת הוא בין 258 ל 260 ננומטר.

ביוסינתזה

יש מסלול נפוץ לביוסינתזה של פירימידין נוקליאוטידים (אורציל וציטוקין). השלב הראשון הוא הביוסינתזה של קרבמויל פוספט מ- CO ₂ ו- NH ₄ ⁺ , אשר מנותז על ידי סינתזת קרבמויל פוספט.

Pyrimidine בנוי מפחמן פחמתי ואספרטט. שני החומרים מגיבים ויוצרים N-carbamoylaspartate, תגובה מנותזת על ידי אספרטט טרנס-קאבמוילאז (ATCase). סגירת טבעת הפירימידין נגרמת על ידי התייבשות המוזרמת על ידי דיהידרוטאז, ומייצרת L-dihydrorotate.

L-dihydrorotate מחומצן ומומר לאורטייט; מקבל האלקטרונים הוא NAD ⁺ . זוהי תגובה המוזזמת על ידי דיהידרואורוט דה-הידרוגנז. השלב הבא מורכב מהעברת קבוצת הפוספוריבוסיל, מפוספוריבוסיל פירופוספט (PRPP), לאוטוטציה. הוא יוצר אורוטידילט (OMP) ופירופוספט אנאורגני (PPi), המונזל על ידי טרנספורוזיס פוספוריבוסיל אורוטייט.

השלב האחרון מורכב decarboxylation של הטבעת pyrimidine של Orotidylate (OMP). זה יוצר uridylate (uridin-5′-monophosphate, UMP), שמסולז על ידי דקארבוקסילאז.

ואז, באמצעות השתתפות קינאז, קבוצת פוספט מועברת מ- ATP ל- UMP ויוצרת UDP (uridine-5′-diphosphate). האחרון חוזר על עצמו ויוצר UTP (uridin-5′-triphosphate).

ויסות הביוסינתזה

בחיידקים, ויסות הביוסינתזה של הפירימידין מתרחש על ידי משוב שלילי, ברמה של טרנס-קבאמילאז אספרטט (ATCase).

אנזים זה מעכב על ידי CTP (ציטידין-5′-טריפוספט), שהוא התוצר הסופי של המסלול הביוסינתטי הפירימידין. ATCase מחזיקה בתת-יחידות רגולטוריות המחוברות לווסת האלקטרוני CTP.

אצל בעלי חיים, הרגולציה של ביוסינתזה של פירימידין מתרחשת באמצעות משוב שלילי, ברמה של שני אנזימים: 1) קרבמויל פוספט סינתז II, שמונע על ידי UTP ומופעל על ידי ATP ו- PRPP; ו- 2) OMP Decarboxylase, אשר מעוכב על ידי תוצר התגובה שהוא מזרז, UMP. שיעור הביוסינתזה של OMP משתנה עם הזמינות של PRPP.

תפקיד בביוסינתזה של RNA

אורוציל קיים בכל סוגי ה- RNA, כגון RNA messenger (mRNA), העברת RNA (tRNA) ו- RNA Ribosomal. הביוסינתזה של מולקולות אלה מתרחשת בתהליך שנקרא תעתיק.

במהלך התעתיק, המידע הכלול ב- DNA מועתק ל- RNA על ידי פולימראז RNA. התהליך ההפוך, שבו המידע הכלול ב- RNA מועתק ל- DNA, מתרחש בכמה וירוסים וצמחים באמצעות תעתיק הפוך.

ביוסינתזה של RNA דורשת נוקלאוזיד טריפוספט (NTP), כלומר: uridine triphosphate (UTP), cytidine triphosphate (CTP), adenine triphosphate (ATP) ו- guanine triphosphate (GTP). התגובה היא:

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

ההידרוליזה של פירופוספט אנאורגני (PPi) מספקת את האנרגיה לביוסינתזה של RNA.

תפקיד בסינתזה של סוכרים

אסתרי סוכר נפוצים מאוד באורגניזמים חיים. חלק מאסטרים אלה הם די-פוספטים נוקליוזיד, כמו סוכרים UDP, הנמצאים בשפע מאוד בתאים. סוכרי UDP משתתפים בביוסינתזה של דיסכרידים, אוליגוסכרידים ופוליסכרידים.

בצמחים מתרחשת ביוסינתזה של סוכרוז דרך שני מסלולים: מסלול ראשוני ומשני.

המסלול העיקרי הוא העברת גלוקוז D מ- UDP-D-גלוקוז ל D- פרוקטוז ליצירת סוכרוז ו- UDP. המסלול המשני כולל שני שלבים: הוא מתחיל ב- UDP-D-גלוקוזה ופרוקטוז -6-פוספט ומסתיים ביצירת סוכרוז ופוספט.

בבלוטות החלב מתרחשת ביוסינתזה של לקטוז מ- UDP-D-galactose וגלוקוזה.

בצמחים, ביוסינתזה של התאית מתבצעת על ידי עיבוי רציף של שאריות בטא-D-גלוקוזיל, מ- UDP-גלוקוזה לקצה הלא-מקטין של שרשרת הפוליגלוקוזה הגוברת. באופן דומה, ביוסינתזה של עמילוזה ועמילופקטין דורשת גלוקוזה UDP כמצע תורם לגלוקוזה לשרשרת הגוברת.

אצל בעלי חיים, הן גלוקוזה UDP והן גלוקוז ADP משמשים לביוסינתזה של גליקוגן. באופן דומה, ביוסינתזה של כונדרויטין סולפט מחייבת UDP-xylose, UDP-galactose ו- UDP-glucuronate.

תפקיד בהמרה איזומרית של סוכרים

ההמרה של הגלקטוזה לביניים של גליקוליזה מתרחשת דרך מסלול הלויאר. אחד הצעדים במסלול זה מזרז את האנזים UDP-galactose-4-epimerase, המאפשר את ההמרה של UDP-galactose ל UDP- גלוקוזה.

תפקיד בביוסינתזה של גליקופרוטאין

במהלך ביוסינתזה של גליקופרוטאין, חלבונים עוברים את שקיות ה- cis, האמצעית והטרנספרסיבית של מנגנון גולגי.

לכל אחד מהשקעים הללו קבוצה של אנזימים המעבדים גליקופרוטאינים. מונומרים סוכר, כמו גלוקוז וגלקטוז, מוסיפים לאוליגוסכריד של החלבון מ- UDP- הקסוזה ונוקליאוטידים-משושה אחרים.

נוקלאוטידים משושים מועברים לבורות גולגי באמצעות אנטיפורט. UDP-galactose (UDP-Gal) ו- UDP-N-acetylgalactosamine (UDP-GalNAc) נכנסים לבורות מהציטוזול בתמורה ל- UMP.

בבור גולגי, פוספטאז ממצה הידרוליזה של קבוצת פוספטים על UDP ויוצר UMP ו- Pi. UDP מקורו בתגובות המסווגות על ידי גלקטוזילטרנספרז ו- N-acetylgalactosamyltransferase. ה- UMP שנוצר על ידי פוספטאז משמש לחילופי נוקליאוטידים-משושים.

תפקיד בוויסות הסינתז גלוטמין

מנגנון רגולציה של סינתז גלוטמין הוא שינוי קוולנטי, המורכב אדנילציה, אשר אינה מפעילה אותו, ודדנילציה, שמפעילה אותו. שינוי קוולנטי זה הפיך ומנותז על ידי adenyltransferase.

פעילות Adenyltransferase מווסתת על ידי קשירת חלבון PII, המווסתת על ידי שינוי קוולנטי, אורדינילציה.

גם uridylation וגם deuridylation מתבצעים על ידי uridylyltransferase. באנזים זה פעילות האורידילציה נובעת מגלוטמין ופוספט ומופעלת על ידי קשירה של אלפא-קטוגלוטרט ו- ATP ל- PII.

תפקיד בעריכת RNA

כמה mRNAs נערכים לפני התרגום. בחלק מהאורגניזמים האוקריוטים, כמו Trypanosoma brucei, יש עריכת RNA של תעתיק הגנים המשולב של ציטוכרום אוקסידאז II. זה קורה דרך החדרת שאריות אורציל, תגובה מנותזת על ידי האורידילטרנספרז הסופי.

RNA מדריך המשלים למוצר הערוך, משמש כתבנית לתהליך העריכה. זוגות הבסיס שנוצרו בין התמליל הראשוני ל RNA המדריך כוללים זוגות בסיס G = U שאינם ווטסון-קריק ושכיחים ב- RNA.

ביוסינתזה של גלוקוזה UDP

בתנאים פיזיולוגיים, הביוסינתזה של גליקוגן מגלוקוז-1-פוספט היא בלתי אפשרית תרמודינמית (ΔG חיובי). בשל כך, לפני הביוסינתזה, מתרחשת הפעלת גלוקוז-1-פוספט (G1P). תגובה זו משלבת בין G1P ו- UTP ליצירת גלוקוז uridine diphosphate (UDP- גלוקוזה או UDPG).

התגובה מנותזת על ידי פירופוספוריאלאז UDP-גלוקוז, והיא כדלקמן:

G1P + UTP -> גלוקוזה UDP + 2Pi.

וריאציה של אנרגיה חופשית של ג'יבס בשלב זה היא גדולה ושלילית (-33.5 KJ / mol). במהלך התגובה לחמצן, G1P תוקף את אטום הזרחן האלפא של UTP ויוצר UDP-גלוקוזה ופירופוספט אורגני (PPi). בשלב הבא, ה- PPi מנוטרל על ידי פירופוספטאז אורגני, שאנרגיית ההידרוליזה שלו היא זו שמניעה את התגובה הכללית.

גלוקוזה UDP הוא חומר "אנרגיה גבוהה". זה מאפשר ליצור את הקשרים הגלוקוזידיים בין שאריות הגלוקוזה לשרשרת הפוליסכריד ההולכת וגדלה. אותו עיקרון אנרגטי חל על תגובות בהן משתתפים סוכרי UDP, כמו ביוסינתזה של דיסכרידים, אוליגוסכרידים וגליקופרוטאינים.

גליוסוזילאז ב- DNA אורקילי

ישנם נגעי DNA המתרחשים באופן ספונטני. אחד הנגעים הללו הוא דימינציה ספונטנית של ציטוקין, וההמרה שלו כתוצאה לאורציל. במקרה זה, התיקון מתרחש על ידי הוצאת הבסיס שהשתנה מ- DNA על ידי אנזים שנקרא אורקיל DNA גליקוזילאז.

האנזים uracil DNA glycosylase מסלק את הציטוקין הפגום (אורציל), ומייצר שארית של דוקסיריבוזה שחסרה את בסיס החנקן, המכונה אתר AP (אתר אפוריני-אפירימידיני).

לאחר מכן חותך האנזים AP אנדונוקליז את עמוד השדרה הפוספודיאסטר של אתר ה- AP, ומסיר את שאריות הסוכר-פוספט. DNA פולימראז I משחזר את הגדיל הפגום.

הפניות

1. בוהינסקי, ר '1991. ביוכימיה. אדיסון ווסלי איברואמריקנה, וילמינגטון, דלאוור.
2. דבלין, TM 2000. ביוכימיה. Reverté העריכה, ברצלונה.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. ביולוגיה תאית ומולקולרית. העריכה Medica Panamericana, בואנוס איירס, בוגוטה, קראקס, מדריד, מקסיקו, סאו פאולו.
4. נלסון, DL, קוקס, MM 2008. להינגר - עקרונות ביוכימיה. WH פרימן, ניו יורק.
5. Voet, D. ו- Voet, J. 2004. Biochemistry. ג'ון וויילי ובניו, ארה"ב.