Uracil: estrutura, funções, propriedades, síntese

O uracilo é um tipo de nucleobases pirimidina, encontrado no ácido ribonucleico (ARN). Essa é uma das características que diferenciam o RNA do ácido desoxirribonucleico (DNA), uma vez que este possui timina em vez de uracilo. Ambas as substâncias, uracila e timina, diferem apenas porque a segunda possui um grupo metil.

Do ponto de vista evolutivo, foi proposto que o RNA era a primeira molécula que armazenava informações genéticas e funcionava como um catalisador nas células, em vez de DNA e enzimas. Por isso, acredita-se que o uracilo tenha um papel fundamental na evolução da vida.

Uracil: estrutura, funções, propriedades, síntese 1

Fonte: Kemikungen [Domínio público]

Nos seres vivos, o uracil não é encontrado gratuitamente, mas geralmente forma nucleotídeo monofosfato (UMP), difosfato (UDP) e trifosfato (UTP). Esses nucleotídeos de uracila têm funções diferentes, como a biossíntese de RNA e glicogênio, a interconversão isomérica de açúcares e a regulação da glutamina sintase.

Estrutura e propriedades

Uracilo, 2,4-chamado dioxipiridina, tem a fórmula empírica C 4 H 4 N 2 O 2 , cujo peso molecular é 112,09 g / mol, e purificou-se como um pó branco.

A estrutura da uridina é um anel heterocíclico com quatro átomos de carbono e dois átomos de nitrogênio, com ligações duplas alternadas. É planar.

Apresenta uma solubilidade de 50 mg / ml, a 25 ° C, em hidróxido de sódio 1M e um pKa entre 7,9 e 8,2. O comprimento de onda em que sua absorvância máxima (ʎ máx ) ocorre está entre 258 e 260 nm.

Biossíntese

Existe uma via comum para a biossíntese de nucleotídeos de pirimidina (uracil e citocina). O primeiro passo é a biossíntese de carbamoil fosfato a partir de CO 2 e NH 4 + , que é catalisada pela carbamoil fosfato sintetase.

A pirimidina é construída a partir de carboxifosfato e aspartato. Ambas as substâncias reagem e formam o N-carbamoilpartpartato, uma reação catalisada pela aspartato transcabamoilase (ATCase). O fechamento do anel de pirimidina é reduzido por uma desidratação catalisada pela di-hidrootase e produz L-di-hidro-hidrotato.

O L-di-hidrorotato é oxidado e convertido em orotato; O aceitador de elétrons é o NAD + . É uma reação catalisada pela di-hidroorotato desidrogenase. O próximo passo é a transferência do grupo fosforibosil, do fosforibosil pirofosfato (PRPP), para o orotato. Forma orotidilato (OMP) e pirofosfato inorgânico (PPi), catalisados ​​pelo orotato de fosforibosil transferase.

O último passo é a descarboxilação do anel de orotidilato pirimidina (OMP). Forma uridilato (uridin-5′-monofosfato, UMP), que é catalisado por uma descarboxilase.

Então, através da participação de uma cinase, um grupo fosfato é transferido do ATP para o UMP, formando o UDP (uridin-5′-difosfato). O último é repetido, formando UTP (uridin-5′-trifosfato).

Regulamento de Biossíntese

Nas bactérias, a regulação da biossíntese de pirimidina ocorre através de feedback negativo, ao nível da aspartato transcabamoilase (ATCase).

Essa enzima é inibida pelo CTP (citidina-5′-trifosfato), que é o produto final da via de biossíntese das pirimidinas. ATCasa possui subunidades reguladoras que se ligam ao regulador alostérico da CTP.

Em animais, a regulação da biossíntese de pirimidina ocorre por feedback negativo, no nível de duas enzimas: 1) carbamoil-fosfato sintase II, inibida pela UTP e ativada pelo ATP e PRPP; e 2) descarboxilase de OMP, que é inibida pelo produto da reação que catalisa, UMP. A taxa de biossíntese do OMP varia com a disponibilidade do PRPP.

Função na biossíntese do RNA

Uracil está presente em todos os tipos de RNA, como RNA mensageiro (mRNA), RNA de transferência (tRNA) e RNA ribossômico (rRNA). A biossíntese dessas moléculas ocorre através de um processo chamado transcrição.

Durante a transcrição, a informação contida no DNA é copiada no RNA por meio de uma RNA polimerase. O processo reverso, no qual as informações contidas no RNA são copiadas para o DNA, ocorre em alguns vírus e plantas pela transcriptase reversa.

A biossíntese de RNA precisa de trifosfato de nucleosídeo (NTP), a saber: trifosfato de uridina (UTP), trifosfato de citidina (CTP), trifosfato de adenina (ATP) e trifosfato de guanina (GTP). A reação é:

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

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

Função na biossíntese de açúcares

Os ésteres de açúcar são muito comuns em organismos vivos. Alguns desses ésteres são difosfatos de ésteres de nucleosídeos, como os açúcares UDP, que são muito abundantes nas células. Os açúcares UDP participam na biossíntese de dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.

Nas plantas, a biossíntese de sacarose ocorre de duas maneiras: uma primária e uma secundária.

A principal via é a transferência de D-glicose de UDP-D-glicose para D-frutose para formar sacarose e UDP. A via secundária inclui duas etapas: começa com UDP-D-glicose e frutose-6-fosfato e culmina com a formação de sacarose e fosfato.

Nas glândulas mamárias, a biossíntese de lactose ocorre a partir de UDP-D-galactose e glicose.

Nas plantas, a biossíntese de celulose é realizada por condensação contínua de resíduos de beta-D-glucosil, desde a UDP-glicose até a extremidade não redutora da crescente cadeia de poliglucose. Da mesma forma, a biossíntese de amilose e amilopectina requer UDP-glicose como substrato doador de glicose para a cadeia crescente.

Nos animais, tanto a UDP-glicose quanto a ADP-glicose são usadas para a biossíntese de glicogênio. Da mesma forma, a biossíntese de sulfato de condroitina requer UDP-xilose, UDP-galactose e UDP-glucuronato.

Função na interconversão isomérica de açúcares

A conversão da galactose em um intermediário da glicólise ocorre através da via de Leloir. Uma das etapas dessa via é catalisada pela enzima UDP-galactose-4-epimerase, que facilita a interconversão da UDP-galactose em UDP-glicose.

Papel na biossíntese de glicoproteínas

Durante a biossíntese das glicoproteínas, as proteínas passam pelos sacos cis, médio e trans do aparelho de Golgi.

Cada uma dessas bolsas possui um conjunto de enzimas que processam glicoproteínas. Monômeros de açúcar, como glicose e galactose, são adicionados ao oligossacarídeo da proteína a partir de UDP-hexose e outros nucleotídeos-hexose.

Os nucleotídeos-hexose são transportados para as cisternas de Golgi por antiportação. A UDP-galactose (UDP-Gal) e a UDP-N-acetilgalactosamina (UDP-GalNAc) entram nos tanques do citosol através da troca de UMP.

Na cisterna de Golgi, uma fosfatase hidrolisa um grupo fosfato da UDP e forma UMP e Pi. UDP vem de reações catalisadas pela galactosiltransferase e N-acetilgalactosamiltransferase. O UMP formado pela fosfatase é usado para a troca nucleotídeo-hexose.

Função na regulação da glutamina sintase

Um mecanismo para regular a glutamina sintetase é a modificação covalente, que consiste em adenilação, que a inativa, e desdenilação, que a ativa. Esta modificação covalente é reversível e catalisada pela adeniltransferase.

A atividade da adeniltransferase é modulada pela ligação da proteína PII, que é regulada por uma modificação covalente, a uridinilação.

Tanto a uridililação quanto a dessuridilação são realizadas pela uridililtransferase. Nesta enzima, a atividade de uridilação é devida à glutamina e fosfato e é ativada pela ligação do alfa-cetoglutarato e ATP à PII.

Função na edição de RNA

Alguns mRNAs são editados antes da tradução. Em alguns organismos eucarióticos, como o Trypanosoma brucei , existe a edição de RNA do transcrito do gene da subunidade II da citocromo oxidase. Isso acontece através da inserção de resíduos de uracil, uma reação catalisada pela uridiltransferase terminal.

Um RNA guia, complementar ao produto editado, atua como um temperamento para o processo de edição. Os pares de bases formados entre a transcrição inicial e o RNA guia envolvem pares de bases G = U que não são Watson-Crick e são comuns no RNA.

Biossíntese de UDP-glicose

Sob condições fisiológicas, a biossíntese de glicogênio a partir de glicose-1-fosfato é termodinamicamente impossível (ΔG positivo). Por esse motivo, antes da biossíntese, ocorre a ativação de glicose-1-fosfato (G1P). Essa reação combina G1P e UTP para formar glicose difosfato de uridina (UDP-glicose ou UDPG).

A reação é catalisada pela UDP-glicose pirofosforilase e é a seguinte:

G1P + UTP -> UDP-glicose + 2Pi.

A variação da energia livre de Gibbs nesta etapa é grande e negativa (-33,5 KJ / mol). Durante a reação ao oxigênio, o G1P ataca o átomo de fósforo alfa UTP e forma UDP-glicose e pirofosfato inorgânico (PPi). Em seguida, o PPi é hidrolisado por uma pirofosfatase inorgânica, cuja energia de hidrólise é o que impulsiona a reação geral.

A glicose UDP é uma substância de “alta energia”. Permite formar as ligações glicosídicas entre o resíduo de glicose e a cadeia polissacarídica crescente. Esse mesmo princípio energético é aplicável a reações nas quais os açúcares UDP participam, como a biossíntese de dissacarídeos, oligossacarídeos e glicoproteínas.

Uracil DNA glicosilase

Existem lesões de DNA que ocorrem espontaneamente. Uma dessas lesões é a desaminação por deterioração das citocinas e sua conseqüente conversão em uracilo. Nesse caso, o reparo ocorre pela remoção da base modificada do DNA por uma enzima chamada uracil DNA glicosilase.

A enzima uracil DNA glicosilase remove a citocina danificada (uracil), produzindo um resíduo desoxirribose que não possui a base de nitrogênio, chamado local AP (local apurínico-apirimidínico).

Então, a enzima endonuclease AP faz um corte no esqueleto fosfodiéster do local AP, removendo o resíduo de açúcar-fosfato. A DNA polimerase I restaura o fio danificado.

Referências

  1. Bohinski, R. 1991. Bioquímica. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
  2. Devlin, TM 2000. Bioquímica. Reverté Editorial, Barcelona.
  3. 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.
  4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger – Princípios de bioquímica. WH Freeman, Nova Iorque.
  5. Voet, D. e Voet, J. 2004. Bioquímica. John Wiley e Filhos, EUA.

Deixe um comentário

Este site usa cookies para lhe proporcionar a melhor experiência de usuário. política de cookies, clique no link para obter mais informações.

ACEPTAR
Aviso de cookies