Citosina: estrutura, funções, propriedades, síntese

A citosina é um tipo de nucleobases pirimidina, que serve para a biossíntese de citidina-5′-monofosfato e desoxicitidina 5′-monofosfato. Estes compostos servem para a biossíntese, respectivamente, de ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA). O DNA armazena informações genéticas e o RNA tem várias funções.

Nos seres vivos, a citosina não é encontrada gratuitamente, mas geralmente forma ribonucleotídeos ou desoxirribonucleotídeos. Ambos os tipos de compostos têm um grupo fosfato, uma ribose e uma base de nitrogênio.

Citosina: estrutura, funções, propriedades, síntese 1

Fonte: Vesprcom [Domínio público]

O carbono 2 da ribose possui um grupo oxidrila (-OH) em ribonucleotídeos e um átomo de hidrogênio (-H) em desoxirribonucleotídeos. Dependendo do número de grupos fosfato presentes, há citidina-5′-monofosfato (CMP), citidina-5′-difosfato (CDP) e citidina-5′-trifosfato (CTP).

Os equivalentes desoxigenados são chamados de desoxicitidina-5′-monofosfato (dCMP), desoxitididina-5′-difosfato (dCDP) e desoxicitidina-5′-trifosfato (dCTP).

A citosina, em suas diversas formas, participa de diferentes funções, como a biossíntese de DNA e RNA, a biossíntese de glicoproteínas e a regulação da expressão gênica.

Estrutura e propriedades

Citosina, 4-amino-2-hidroxipirimidina, tem a fórmula empírica C 4 H 5 N 3 O, 111.10 com um peso molecular g / mol, e é purificado como um pó branco.

A estrutura da citosina é um anel heterocíclico, aromático e plano. O comprimento de onda máximo da absorvância (ʎ máx ) é 260 nm. A temperatura de fusão da citosina excede 300 ° C.

Para formar um nucleotídeo, a citosina se liga covalentemente, através do nitrogênio 1, através de uma ligação N-beta-glicosídica ao carbono 1 ‘da ribose. O carbono 5 ‘é esterificado com um grupo fosfato.

Biossíntese

A biossíntese de nucleotídeos de pirimidina tem uma via comum, que consiste em seis etapas catalisadas por enzimas. O percurso começa com a biossíntese de fosfato de carbamoílo. Nos procariontes, existe apenas uma enzima: carbamoil-fosfato sintase. Isso é responsável pela síntese de pirimidinas e glutamina. Nos eucariotos, existem carbamoil fosfato sintase I e II, responsáveis, respectivamente, pela biossíntese de glutamina e pirimidinas.

O segundo passo consiste na formação de N-carbamoilpartpartato, a partir de carboxifosfato e aspartato, uma reação catalisada pela aspartato transcabamoilase (ATCase).

O terceiro passo é a síntese de L-di-hidro -ototato, que causa o fechamento do anel de pirimidina. Este passo é catalisado pela di-hidrootase.

O quarto passo é a formação de orotato, que é uma reação redox catalisada pela di-hidroorotato desidrogenase.

O quinto passo consiste na formação de orotidilato (OMP) usando pirofosfato de fosforibosil (PRPP) como substrato e orotato de fosforibosil transferase como catalisador.

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O sexto passo é a formação de uridilato (uridin-5′-monofosfato, UMP), uma reação catalisada por uma OMP-descarboxilase.

As etapas a seguir consistem na fosforilação de UMP, catalisada por cinases, para formar UTP e a transferência de um grupo amino da glutamina para UTP para formar CTP, uma reação catalisada pela CTP sintetase.

Regulamento de Biossíntese

Nos mamíferos, a regulação ocorre no nível da carbamoil fosfato sintase II, uma enzima encontrada no citosol, enquanto a carbamoil fosfato sintase I é mitocondrial.

A carbamoil fosfato sintase II é regulada por feedback negativo. Seus reguladores, UTP e PRPP, são, respectivamente, inibidores e ativadores dessa enzima.

Nos tecidos não hepáticos, a carbamoil fosfato sintase II é a única fonte de fosfato carbamoil. Enquanto no fígado, sob condições de excesso de amônia, a carbamoil fosfato sintase I produz, nas mitocôndrias, carbamoil fosfato, que é transportado para o citosol, de onde entra na via da biossíntese da pirimidina.

Outro ponto de regulação é a OMP-descarboxilase, que é regulada por inibição competitiva. O produto de sua reação, UMP, compete com o OMP pelo local de ligação da OMP-descarboxilase.

As pirimidinas, como a citosina, são recicladas

A reciclagem de pirimidinas tem a função de reutilizar pirimidinas sem a necessidade de biossíntese de novo, evitando a via de degradação. A reação de reciclagem é catalisada pela pirimimidina fosforibosiltransferase. A reação geral é a seguinte:

Pirimidina + PRPP -> nucleosídeo pirimidina 5′-monofosfato + PPi

Nos vertebrados, a pirimimidina fosforibosiltransferase é encontrada nos eritrócitos. Os substratos pirimidinas desta enzima são uracilo, timina e orotato. A citosina é indiretamente reciclada a partir de uridin-5′-monofosfato.

Função na biossíntese de DNA

Durante a replicação do DNA, as informações contidas no DNA são copiadas para o DNA usando uma polimerase de DNA.

A biossíntese do RNA requer trifosfato de desoxinucleotídeo (dNTP), a saber: trifosfato de desoxitimidina (dTTP), trifosfato de desoxicitidina (dCTP), trifosfato de desoxiadenina (dATP) e trifosfato de desoxiguanina (dGTP). A reação é:

(DNA) n resíduos + dNTP -> (ADN) n + 1 resíduo + PPi

A hidrólise do pirofosfato inorgânico (PPi) fornece a energia para a biossíntese do RNA.

Papel na estabilização da estrutura do DNA

Na dupla hélice do DNA, uma purina, de uma cadeia, é ligada à pirimidina, da cadeia oposta, por ligações de hidrogênio. Assim, a citosina está sempre ligada à guanina por três ligações de hidrogênio: a adenina está ligada à timina por duas ligações de hidrogênio.

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As ligações de hidrogênio são quebradas quando uma solução de DNA nativo purificado, a pH 7, é submetida a temperaturas acima de 80 ° C. Isso faz com que a dupla hélice de DNA forme duas cadeias separadas. Esse processo é conhecido como desnaturação.

A temperatura na qual 50% do DNA é desnaturado é conhecida como temperatura de fusão (Tm). Moléculas de DNA cuja proporção de guanina e citosina é maior que a de timina e adenina têm valores de Tm maiores do que aqueles cuja proporção de bases é inversa.

O descrito acima constitui a prova experimental de que um maior número de ligações de hidrogênio estabiliza melhor as moléculas de DNA nativas.

Papel das regiões ricas em citosina no DNA

Recentemente, verificou-se que o DNA do núcleo celular humano pode adotar estruturas de motivos intercalados (iM). Essas estruturas ocorrem em regiões ricas em citosina.

A estrutura iM consiste em quatro filamentos de DNA, diferentemente do clássico DNA de dupla hélice que possui dois filamentos. Mais especificamente, duas cadeias duplex paralelas são intercaladas em uma orientação antiparalela e são mantidas juntas por um par de citosinas hemiprotonadas (C: C + ).

No genoma humano, estruturas iM são encontradas em regiões como promotores e telômeros. O número de estruturas iM é maior durante a fase G1 / S do ciclo celular, na qual a transcrição é alta. Essas regiões são locais de reconhecimento de proteínas envolvidos na ativação de máquinas transcricionais.

Por outro lado, em regiões ricas em pares consecutivos de bases de guanina (C), o DNA tende a assumir a forma da hélice A, em condições de desidratação. Essa forma é típica do RNA e das bandas duplas de DNA-RNA durante a transcrição e replicação e em determinados momentos em que o DNA está ligado às proteínas.

Foi demonstrado que regiões com bases de citosina consecutivas criam um adesivo eletropositivo na fenda de DNA maior. Portanto, acredita-se que essas regiões se liguem a proteínas, o que predispõe certas regiões genômicas à fragilidade genética.

Função na biossíntese de RNA

Durante a transcrição, a informação contida no DNA é copiada no RNA por meio de uma RNA polimerase. A biossíntese de RNA precisa de trifosfato de nucleosídeo (NTP), a saber: trifosfato de citidina (CTP), trifosfato de uridina (UTP), trifosfato de adenina (ATP) e trifosfato de guanina (GTP). A reação é:

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(RNA) n resíduos + NTP -> (RNA) n + 1 resíduo + PPi

A hidrólise do pirofosfato inorgânico (PPi) fornece a energia para a biossíntese do RNA.

Papel na biossíntese de glicoproteínas

A transferência seqüencial de hexoses para formar oligossacarídeos, O-ligados a proteínas, ocorre a partir de precursores de nucleotídeos.

Nos vertebrados, a última etapa da biossíntese de oligossacarídeos ligados ao O consiste na adição de dois resíduos de ácido siálico (N-acetilneuramínico) de um precursor do citidina-5′-monofosfato (CMP). Essa reação ocorre no saco trans Golgi.

Tratamentos de câncer de citosina e quimioterapêuticos

tetrahidrofolato ácido (FH 4) é uma fonte de grupos -CH 3 , e é necessário para a biossíntese de dTMP a partir de dUMP. FH2 também é formado. A redução de FH2 para FH4 requer folato e NADPH redutase. Alguns inibidores da folato redutase, como aminopterina e metotrexato, são usados ​​em tratamentos contra o câncer.

O metotrexano é um inibidor competitivo. A folato redutase se liga com 100 vezes mais afinidade a esse inibidor do que ao seu substrato. Aminopterina age de maneira semelhante.

A inibição da folato redutase dificulta indiretamente a biossíntese do dTMP e, portanto, a do dCTP. A inibição direta ocorre através de inibidores da enzima timidilato sintetase, que catalisa o dTMP do dUMP. Esses inibidores são 5-fluorouracil e 5-fluoro-2-desoxiuridina.

Por exemplo, o 5-fluoroacil não é um inibidor, mas primeiro se torna, no caminho da reciclagem, o desoxiuridina mofosfato d (FdUMP), que se liga à timidilato sintetase e a inibe.

Substâncias análogas à glutamina, azaserina e acivicina inibem a glutamina amidotransferase. Randomin foi uma das primeiras substâncias descobertas por atuar como um inativador de suicídio.

Referências

  1. Assi, HA, Garavís, M., González, C. e Damha, MJ 2018. i-Motif DNA: características estruturais e significado para a biologia celular. Nuclei Acids Research, 46: 8038-8056.
  2. Bohinski, R. 1991. Bioquímica. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
  3. Devlin, TM 2000. Bioquímica. Reverté Editorial, Barcelona.
  4. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Biologia celular e molecular. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madri, México, São Paulo.
  5. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger – Princípios de bioquímica. WH Freeman, Nova Iorque.
  6. Voet, D. e Voet, J. 2004. Bioquímica. John Wiley e Filhos, EUA.

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