SITOSIN: STRUKTUR, FUNGSI, SIFAT, SINTESIS - BIOLOGI - 2026

The sitosin adalah sejenis pyrimidine nucleobase, berkhidmat untuk biosintesis cytidine-5'-monophosphate dan deoxycytidine 5'-monophosphate. Sebatian ini berfungsi untuk biosintesis, masing-masing, asid deoksiribonukleik (DNA) dan asid ribonukleik (RNA). DNA menyimpan maklumat genetik dan RNA mempunyai pelbagai fungsi.

Dalam makhluk hidup, sitosin tidak didapati bebas, tetapi biasanya membentuk ribonukleotida atau deoksiribonukleotida. Kedua-dua jenis sebatian tersebut mempunyai kumpulan fosfat, ribosa, dan asas nitrogen.

Sumber: Vesprcom

Karbon 2 ribosa mempunyai gugus hidroksil (-OH) dalam ribonukleotida, dan atom hidrogen (-H) dalam deoksiribonukleotida. Bergantung pada jumlah kumpulan fosfat yang ada, terdapat sitidin-5′-monofosfat (CMP), sitidin-5′-difosfat (CDP) dan sitidin-5′-trifosfat (CTP).

Setara deoksigenasi disebut deoxycytidin-5′-monophosphate (dCMP), deoxycytidin-5′-diphosphate (dCDP), dan deoxycytidine-5′-triphosphate (dCTP).

Cytosine, dalam pelbagai bentuknya, mengambil bahagian dalam fungsi yang berbeza, seperti biosintesis DNA dan RNA, biosintesis glikoprotein, dan pengaturan ekspresi gen.

Struktur dan sifat

Cytosine, 4-amino-2-hydroxypyrimidine, mempunyai formula empirik C ₄ H ₅ N ₃ O, yang berat molekulnya adalah 111.10 g / mol, dan dimurnikan sebagai serbuk putih.

Struktur sitosin adalah cincin heterosiklik aromatik planar. Panjang gelombang daya serap maksimum (ʎ _max ) ialah 260 nm. Suhu lebur sitosin melebihi 300ºC.

Untuk membentuk nukleotida, sitosin dilampirkan secara kovalen, melalui nitrogen 1, melalui ikatan N-beta-glikosidik dengan karbon ose ribosa. Karbon 5 is diesterifikasi dengan kumpulan fosfat.

Biosintesis

Biosintesis nukleotida pyrimidines mempunyai jalan umum, yang terdiri daripada enam langkah pemangkin enzim. Laluan bermula dengan biosintesis fosfat karbamoil. Dalam prokariota hanya ada satu enzim: karbamoil fosfat sintase. Ini bertanggungjawab untuk sintesis piramidin dan glutamin. Dalam eukariota, terdapat karbamoil fosfat sintase I dan II, yang masing-masing bertanggungjawab untuk biosintesis glutamin dan piramidin.

Langkah kedua terdiri daripada pembentukan N-carbamoylaspartate, dari karboyl fosfat dan aspartat, reaksi yang dikatalisis oleh aspartate transcabamoylase (ATCase).

Langkah ketiga adalah sintesis L-dihydrorotate, yang menyebabkan penutupan cincin pyrimidine. Langkah ini dikatalisis oleh dihydrootase.

Langkah keempat adalah pembentukan orotat, yang merupakan reaksi redoks yang dikatalisis oleh dihydroorotate dehydrogenase.

Langkah kelima terdiri daripada pembentukan orotidylate (OMP) menggunakan phosphoribosyl pyrophosphate (PRPP) sebagai substrat, dan orotate phosphoribosyl transferase sebagai pemangkin.

Langkah keenam adalah pembentukan uridilat (uridin-5′-monofosfat, UMP), reaksi yang dikatalisis oleh OMP-dekarboksilase.

Langkah seterusnya terdiri daripada fosforilasi pemangkin kinase UMP untuk membentuk UTP, dan pemindahan kumpulan amino dari glutamin ke UTP untuk membentuk CTP, reaksi yang dikatalisis oleh sintetase CTP.

Peraturan biosintesis

Pada mamalia, regulasi terjadi pada tingkat karbamoil fosfat sintase II, enzim yang terdapat di sitosol, sedangkan karbamoil fosfat sintase I adalah mitokondria.

Carbamoyl phosphate synthase II diatur oleh maklum balas negatif. Pengaturnya, UTP dan PRPP, masing-masing, menjadi penghambat dan penggerak enzim ini.

Dalam tisu bukan hepatik, karbamoil fosfat sintase II adalah satu-satunya sumber karbamoil fosfat. Semasa berada di hati, dalam keadaan berlebihan amonia, karbamoil fosfat sintase I menghasilkan, di mitokondria, karbamoil fosfat, yang diangkut ke sitosol, dari mana ia memasuki jalur biosintesis pyrimidine.

Titik peraturan lain adalah OMP-decarboxylase, yang diatur oleh penghambatan kompetitif. Produk tindak balasnya, UMP, bersaing dengan OMP untuk laman pengikatan OMP-decarboxylase.

Pyrimidin, seperti sitosin, dikitar semula

Kitar semula piramidin mempunyai fungsi menggunakan kembali piramidin tanpa memerlukan biosintesis de novo, dan mengelakkan jalan degradatif. Reaksi kitar semula dikatalisis oleh pyrimimidine phosphoribosyltransferase. Reaksi umum adalah seperti berikut:

Pyrimidine + PRPP -> nukleosida pyrimidine 5′-monofosfat + PPi

Pada vertebrata, pyrimimidine phosphoribosyltransferase terdapat pada eritrosit. Substrat piramidin untuk enzim ini adalah urasil, timin, dan orotat. Sitosin secara tidak langsung dikitar semula dari uridine-5′-monofosfat.

Peranan dalam biosintesis DNA

Semasa replikasi DNA, maklumat yang terdapat dalam DNA disalin ke dalam DNA oleh DNA polimerase.

Biosintesis RNA memerlukan deoxynucleotide triphosphate (dNTP), iaitu: deoxythymidine triphosphate (dTTP), deoxycytidine triphosphate (dCTP), deoxyadenine triphosphate (dATP) dan deoxyguanine triphosphate (dGTP). Reaksinya adalah:

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

Hidrolisis pirofosfat bukan organik (PPi) memberikan tenaga untuk biosintesis RNA.

Peranan dalam menstabilkan struktur DNA

Dalam heliks ganda DNA, purin satu helai dihubungkan dengan pyrimidine helai bertentangan oleh ikatan hidrogen. Oleh itu, sitosin selalu dihubungkan dengan guanin oleh tiga ikatan hidrogen: adenin dihubungkan dengan timin oleh dua ikatan hidrogen.

Ikatan hidrogen terputus apabila larutan DNA asli yang disucikan, pada pH 7, mengalami suhu melebihi 80 ºC. Ini menyebabkan heliks berganda DNA membentuk dua helai terpisah. Proses ini dikenali sebagai denaturasi.

Suhu di mana 50% DNA didenaturasi dikenali sebagai suhu lebur (Tm). Molekul DNA yang nisbah guanin dan sitosin lebih tinggi daripada timin dan adenin mempunyai nilai Tm yang lebih tinggi daripada yang nisbah dasarnya terbalik.

Perkara yang dinyatakan di atas merupakan bukti eksperimen bahawa sebilangan besar ikatan hidrogen lebih baik menstabilkan molekul DNA asli.

Fungsi kawasan kaya sitosin dalam DNA

Baru-baru ini, didapati bahawa DNA dari inti sel manusia dapat menggunakan struktur motif interleaved (iM). Struktur ini berlaku di kawasan yang kaya dengan sitosin.

Struktur iM terdiri daripada empat helai DNA, tidak seperti DNA untai ganda klasik yang mempunyai dua helai. Lebih khusus lagi, dua rantai dupleks selari diselingi dalam orientasi antiparallel, dan dipegang bersama oleh sepasang sitosin hemiprotonated (C: C ⁺ ).

Dalam genom manusia, struktur iM terdapat di kawasan seperti promoter dan telomer. Bilangan struktur iM lebih tinggi semasa fasa G1 / S kitaran sel, di mana transkripsi tinggi. Kawasan-kawasan ini adalah laman pengenalan protein yang terlibat dalam pengaktifan mesin transkrip.

Sebaliknya, di wilayah yang kaya dengan pasangan asas guanin berturut-turut (C), DNA cenderung menggunakan bentuk heliks A, dalam keadaan dehidrasi. Bentuk ini khas dari jalur ganda RNA dan DNA-RNA semasa transkripsi dan replikasi, dan pada masa-masa tertentu ketika DNA terikat pada protein.

Kawasan asas sitosin berturut-turut telah terbukti membuat tampalan elektropositif pada celah utama DNA. Oleh itu, kawasan-kawasan ini dipercayai mengikat protein, menjadikan kawasan genomik tertentu rentan terhadap genetik.

Peranan dalam biosintesis RNA

Semasa transkripsi, maklumat yang terdapat dalam DNA disalin ke RNA oleh polimerase RNA. Biosintesis RNA memerlukan nukleosida trifosfat (NTP), iaitu: sitidin trifosfat (CTP), uridin trifosfat (UTP), adenin trifosfat (ATP) dan guanin trifosfat (GTP). Reaksinya adalah:

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

Hidrolisis pirofosfat bukan organik (PPi) memberikan tenaga untuk biosintesis RNA.

Peranan dalam biosintesis glikoprotein

Pemindahan berurutan heksosa untuk membentuk oligosakarida, O-dihubungkan dengan protein, berlaku dari prekursor nukleotida.

Pada vertebrata, langkah terakhir biosintesis oligosakarida berkait O terdiri daripada penambahan dua residu asid sialik (N-asetilneuraminik) dari prekursor sitidin-5′-monofosfat (CMP). Tindak balas ini berlaku dalam kantung trans Golgi.

Rawatan kemoterapi sitosin dan barah

Asid tetrahidrofolat (FH4) adalah sumber kumpulan -CH ₃ , dan diperlukan untuk biosintesis dTMP dari dUMP. Di samping itu, FH2 terbentuk. Pengurangan FH2 menjadi FH4 memerlukan reduktase folat dan NADPH. Beberapa perencat reduktase folat, seperti aminopterin dan methotrexate, digunakan dalam rawatan barah.

Methotrexan adalah perencat yang kompetitif. Reduktase folat mengikat dengan perkaitan 100 kali lebih banyak dengan perencat ini daripada substratnya. Aminopterin berfungsi dengan cara yang serupa.

Pencegahan reduktase folat secara tidak langsung menghalang biosintesis dTMP, dan oleh itu dCTP. Perencatan langsung berlaku oleh perencat enzim thymidylate synthetase, yang memangkin dTMP dari dUMP. Inhibitor ini adalah 5-fluorouracil dan 5-fluoro-2-deoxyuridine.

Sebagai contoh, 5-fluoroacyl bukan perencat tetapi pertama kali ditukar, di jalan kitar semula, menjadi deoxyuridine mphosphate d (FdUMP), yang mengikat dan menghalang thymidylate synthetase.

Bahan yang serupa dengan glutamin, azaserin dan acivicin, menghalang glutamin amidotransferase. Azarin adalah salah satu bahan pertama yang didapati bertindak sebagai inaktivator bunuh diri.

Rujukan

1. Assi, HA, Garavís, M., González, C., dan Damha, MJ 2018. DNA i-Motif: ciri struktur dan kepentingan bagi biologi sel. Penyelidikan Asid Nuklei, 46: 8038-8056.
2. Bohinski, R. 1991. Biokimia. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
3. Devlin, TM 2000. Biokimia. Reverté editorial, Barcelona.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Biologi selular dan molekul. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sāo Paulo.
5. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Prinsip biokimia. WH Freeman, New York.
6. Voet, D. dan Voet, J. 2004. Biokimia. John Wiley and Sons, Amerika Syarikat.