اليوراسيل: الهيكل والوظائف والخصائص والتوليف - مادة الاحياء - 2026

و اليوراسيل هو نوع بيريميدين nucleobase، وجدت في الحمض النووي الريبي (RNA). هذه هي إحدى الخصائص التي تميز الحمض النووي الريبي عن الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) ، لأن الأخير يحتوي على الثايمين بدلاً من اليوراسيل. تختلف كلتا المادتين ، اليوراسيل والثايمين ، فقط في أن الأخير يحتوي على مجموعة ميثيل.

من وجهة نظر تطورية ، تم اقتراح أن الحمض النووي الريبي هو أول جزيء يخزن المعلومات الجينية ويعمل كمحفز في الخلايا ، قبل الحمض النووي والإنزيمات. لهذا السبب ، يُعتقد أن اليوراسيل قد لعب دورًا رئيسيًا في تطور الحياة.

المصدر: Kemikungen

في الكائنات الحية ، لم يتم العثور على اليوراسيل في شكل حر ، ولكن عادة ما يكون النيوكليوتيدات أحادي الفوسفات (UMP) وثنائي الفوسفات (UDP) وثلاثي الفوسفات (UTP). تحتوي نيوكليوتيدات اليوراسيل هذه على وظائف مختلفة ، مثل الحمض النووي الريبي والتخليق الحيوي للجليكوجين ، والتحويل البيني المتماثل للسكريات ، وتنظيم إنتاج الجلوتامين.

الهيكل والخصائص

Uracil ، المسمى 2،4-dioxypyridine ، له الصيغة التجريبية C ₄ H ₄ N ₂ O ₂ ، الذي يبلغ وزنه الجزيئي 112.09 جم / مول ، ويتم تنقيته كمسحوق أبيض.

هيكل اليوريدين عبارة عن حلقة حلقية غير متجانسة بها أربع ذرات كربون وذرتان نيتروجين ، مع روابط مزدوجة متبادلة. إنه مستو.

له قابلية ذوبان 50 مجم / مل ، عند 25 درجة مئوية ، في 1 مليون هيدروكسيد الصوديوم ، و pKa بين 7.9 و 8.2. يتراوح الطول الموجي حيث يحدث أقصى امتصاص (ʎ _max) بين 258 و 260 نانومتر.

التخليق الحيوي

هناك مسار شائع للتخليق الحيوي للنيوكليوتيدات بيريميدين (اليوراسيل والسيتوكين). الخطوة الأولى هي الحيوي من الفوسفات الكربامويل من CO ₂ وNH ₄ ⁺ ، الذي يحفزه مخلقة الكربامويل الفوسفات.

يتكون بيريميدين من فوسفات الكربويل والأسبارتات. تتفاعل كلتا المادتين وتشكلان N-carbamoylaspartate ، وهو تفاعل محفز بواسطة الأسبارتات transcabamoylase (ATCase). ينتج إغلاق حلقة البيريميدين عن الجفاف المحفز بواسطة ثنائي هيدرووتاز ، وينتج L-dihydrorotate.

يتأكسد L-dihydrorotate ويتحول إلى orotate ؛ متقبل الإلكترون هو NAD ⁺. إنه تفاعل يحفزه نازعة هيدروجين ثنائي هيدروجين. تتكون الخطوة التالية من نقل مجموعة الفوسفوريبوزيل ، من بيروفوسفات الفوسفوريبوزيل (PRPP) ، إلى أوروتاتور. إنه يشكل orotidylate (OMP) و بيروفوسفات غير عضوي (PPi) ، محفز بواسطة orotate phosphoribosyl transferase.

تتكون الخطوة الأخيرة من نزع الكربوكسيل من حلقة بيريميدين من الأوروتييدات (OMP). يشكل اليوريديلات (uridin-5′-monophosphate ، UMP) ، والذي يتم تحفيزه بواسطة decarboxylase.

ثم ، من خلال مشاركة كيناز ، يتم نقل مجموعة الفوسفات من ATP إلى UMP ، وتشكيل UDP (uridine-5′-diphosphate). يتكرر الأخير ، مكونًا UTP (يوريدين-5′-ثلاثي الفوسفات).

تنظيم التخليق الحيوي

في البكتيريا ، يحدث تنظيم التخليق الحيوي للبيريميدين عن طريق التغذية المرتدة السلبية ، على مستوى ترانسكابامويليز الأسبارتات (ATCase).

يتم تثبيط هذا الإنزيم بواسطة CTP (cytidine-5′-triphosphate) ، وهو المنتج النهائي لمسار البيريميدين الحيوي. تمتلك ATCase وحدات فرعية تنظيمية ترتبط بالمنظم الخيفي CTP.

في الحيوانات ، يتم تنظيم التخليق الحيوي للبيريميدين من خلال ردود الفعل السلبية ، على مستوى اثنين من الإنزيمات: 1) كاربامويل سينثيز II ، والذي يتم تثبيته بواسطة UTP وتنشيطه بواسطة ATP و PRPP ؛ و 2) OMP decarboxylase ، الذي يثبطه ناتج التفاعل الذي يحفزه ، UMP. يختلف معدل التخليق الحيوي لـ OMP باختلاف توفر PRPP.

دور في التخليق الحيوي للحمض النووي الريبي

يوجد اليوراسيل في جميع أنواع الرنا ، مثل الرنا المرسال (الرنا) ، الرنا الناقل (الرنا) ، الرنا الريبوزومي (الرنا الريباسي). يحدث التخليق الحيوي لهذه الجزيئات من خلال عملية تسمى النسخ.

أثناء النسخ ، يتم نسخ المعلومات الموجودة في الحمض النووي إلى RNA بواسطة بوليميريز RNA. تحدث العملية العكسية ، التي يتم فيها نسخ المعلومات الموجودة في الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي ، في بعض الفيروسات والنباتات من خلال النسخ العكسي.

يتطلب التخليق الحيوي للحمض النووي الريبي نوكليوسيد ثلاثي الفوسفات (NTP) ، وهي: يوريدين ثلاثي الفوسفات (UTP) ، وسيتيدين ثلاثي الفوسفات (CTP) ، وثلاثي فوسفات الأدينين (ATP) ، وجوانين ثلاثي الفوسفات (GTP). رد الفعل هو:

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

يوفر التحلل المائي لبيروفوسفات غير عضوي (PPi) الطاقة اللازمة للتخليق الحيوي للحمض النووي الريبي.

دور في التخليق الحيوي للسكريات

استرات السكر شائعة جدًا في الكائنات الحية. بعض هذه الإسترات هي نيوكليوزيد إستر ثنائي الفوسفات ، مثل سكريات UDP ، وهي وفيرة جدًا في الخلايا. تشارك سكريات UDP في التخليق الحيوي للسكريات والسكريات قليلة السكاريد والسكريات.

يحدث التخليق الحيوي للسكروز في النباتات من خلال مسارين: مسار أولي وثانوي.

المسار الرئيسي هو نقل الجلوكوز D من UDP-D- الجلوكوز إلى D- الفركتوز لتشكيل السكروز و UDP. يتضمن المسار الثانوي خطوتين: يبدأ بـ UDP-D-glucose و fructose-6-phosphate وينتهي بتكوين السكروز والفوسفات.

في الغدد الثديية ، يحدث التخليق الحيوي للاكتوز من UDP-D-galactose والجلوكوز.

في النباتات ، يتم إجراء التخليق الحيوي للسليلوز عن طريق التكثيف المستمر لبقايا بيتا-د-جلوكوزيل ، من UDP-glucose إلى النهاية غير المختزلة لسلسلة البولي جلوكوز المتنامية. وبالمثل ، يتطلب التخليق الحيوي للأميلوز والأميلوبكتين UDP-glucose كركيزة مانحة للجلوكوز في سلسلة النمو.

في الحيوانات ، يتم استخدام كل من UDP-glucose و ADP-glucose في التخليق الحيوي للجليكوجين. وبالمثل ، يتطلب التخليق الحيوي لكبريتات شوندروتن UDP-xylose و UDP-galactose و UDP-glucuronate.

دور في التحويل المتماثل للسكريات

يحدث تحويل الجالاكتوز إلى وسيط من تحلل السكر من خلال مسار ليلوار. يتم تحفيز إحدى الخطوات في هذا المسار بواسطة إنزيم UDP-galactose-4-epimerase ، مما يسهل التحويل البيني لـ UDP-galactose إلى UDP-glucose.

دور في التخليق الحيوي للبروتين السكري

أثناء التخليق الحيوي للبروتين السكري ، تمر البروتينات عبر الأكياس الرابطة الدولية ، والمتوسطة ، والأكياس العابرة لجهاز جولجي.

يحتوي كل من هذه الأكياس على مجموعة من الإنزيمات التي تعالج البروتينات السكرية. تضاف مونومرات السكر ، مثل الجلوكوز والجلاكتوز ، إلى قليل السكاريد للبروتين من UDP-hexose والنيوكليوتيدات الأخرى-هيكسوز.

يتم نقل النيوكليوتيدات السداسية إلى صهاريج جولجي عن طريق منفذ مضاد. يدخل UDP-galactose (UDP-Gal) و UDP-N-acetylgalactosamine (UDP-GalNAc) الصهاريج من العصارة الخلوية عن طريق التبادل لـ UMP.

في خزان جولجي ، يحلل الفوسفاتيز مجموعة فوسفات على UDP ويشكل UMP و Pi. يأتي UDP من التفاعلات المحفزة بواسطة galactosyltransferase و N-acetylgalactosamyltransferase. يعمل UMP الذي يتكون من الفوسفاتيز على تبادل النوكليوتيدات والهكسوز.

دور في تنظيم تركيب الجلوتامين

الآلية التنظيمية لتصنيع الجلوتامين هي التعديل التساهمي ، والذي يتكون من الأدينيل ، الذي يثبطه ، وينشطه. هذا التعديل التساهمي قابل للعكس ويتم تحفيزه بواسطة adenyltransferase.

يتم تعديل نشاط Adenyltransferase عن طريق ارتباط بروتين PII ، والذي يتم تنظيمه بواسطة تعديل تساهمي ، uridinylation.

يتم تنفيذ كل من uridylation و deuridylation بواسطة uridylyltransferase. في هذا الإنزيم ، يرجع نشاط uridylation إلى الجلوتامين والفوسفات ، ويتم تنشيطه عن طريق ارتباط alpha-ketoglutarate و ATP بـ PII.

دور في تحرير RNA

يتم تحرير بعض mRNAs قبل الترجمة. في بعض الكائنات حقيقية النواة ، مثل المثقبية البروسية ، يتم تحرير RNA لنسخة جين الوحدة الفرعية II السيتوكروم أوكسيديز. يحدث هذا من خلال إدخال بقايا اليوراسيل ، وهو تفاعل محفز بواسطة ناقل يوريديل ترانسفيراز الطرفي.

يعمل الدليل RNA ، المكمّل للمنتج المحرر ، كقالب لعملية التحرير. تتكون أزواج القاعدة بين النسخة الأولية ودليل الحمض النووي الريبي من أزواج قاعدة G = U التي ليست Watson-Crick وهي شائعة في RNA.

التخليق الحيوي للجلوكوز UDP

في ظل الظروف الفسيولوجية ، يكون التخليق الحيوي للجليكوجين من الجلوكوز -1 فوسفات مستحيل من الناحية الديناميكية الحرارية (موجب G). نتيجة لذلك ، قبل التخليق الحيوي ، يحدث تنشيط الجلوكوز 1 فوسفات (G1P). يجمع هذا التفاعل بين G1P و UTP لتكوين جلوكوز يوريدين ثنائي الفوسفات (UDP-glucose أو UDPG).

يتم تحفيز التفاعل بواسطة بيروفوسفوريلاز الجلوكوز UDP ، وهو على النحو التالي:

G1P + UTP -> جلوكوز UDP + 2Pi.

تباين طاقة جيبس ​​الحرة في هذه الخطوة كبير وسالب (-33.5 كيلوجول / مول). أثناء التفاعل مع الأكسجين ، يهاجم G1P ذرة الفوسفور ألفا في UTP ويشكل UDP- الجلوكوز والبيروفوسفات غير العضوي (PPi). بعد ذلك ، يتم تحلل PPi بواسطة بيروفوسفاتاز غير عضوي ، والذي تكون طاقته التحليلية المائي هي التي تحرك التفاعل العام.

UDP- الجلوكوز مادة "عالية الطاقة". يسمح بتكوين روابط جليكوسيدية بين بقايا الجلوكوز وسلسلة عديد السكاريد المتنامية. ينطبق هذا المبدأ النشط نفسه على التفاعلات التي تشارك فيها السكريات UDP ، مثل التخليق الحيوي للسكريات والسكريات قليلة السكرية والبروتينات السكرية.

اليوراسيل DNA glycosylase

هناك آفات الحمض النووي التي تحدث بشكل عفوي. واحدة من هذه الآفات هي نزع الأمين العفوي للسيتوكين ، وما يترتب على ذلك من تحول إلى اليوراسيل. في هذه الحالة ، يتم الإصلاح عن طريق إزالة القاعدة المعدلة من الحمض النووي بواسطة إنزيم يسمى uracil DNA glycosylase.

يقوم إنزيم uracil DNA glycosylase بإزالة السيتوكين التالف (uracil) ، مما ينتج عنه بقايا deoxyribose التي تفتقر إلى قاعدة النيتروجين ، والتي تسمى موقع AP (موقع apurinic-apyrimidinic).

ثم يخترق نوكلياز إنزيم AP خلال العمود الفقري للفوسفوديستر في موقع AP ، ويزيل بقايا فوسفات السكر. بوليميراز الحمض النووي I يعيد الخيط التالف.

المراجع

1. Bohinski، R. 1991. الكيمياء الحيوية. Addison-Wesley Iberoamericana ، ويلمنجتون ، ديلاوير.
2. Devlin، TM 2000. الكيمياء الحيوية. افتتاحية Reverté ، برشلونة.
3. لوديش ، إتش ، بيرك ، أ. ، زيبورسكي ، إس إل ، ماتسوداريا ، بي ، بالتيمور ، دي ، دارنيل ، ج. 2003. البيولوجيا الخلوية والجزيئية. افتتاحية Medica Panamericana ، بوينس آيرس ، بوغوتا ، كاراكاس ، مدريد ، المكسيك ، ساو باولو.
4. Nelson، DL، Cox، MM 2008. Lehninger - مبادئ الكيمياء الحيوية. دبليو إتش فريمان ، نيويورك.
5. Voet، D. and Voet، J. 2004. الكيمياء الحيوية. جون وايلي وأولاده ، الولايات المتحدة الأمريكية.