SITOSIN: STRUKTUR, FUNGSI, SIFAT, SINTESIS - BIOLOGI - 2025

The sitosin adalah jenis pirimidin nucleobase, melayani untuk biosintesis cytidine-5'-monofosfat dan deoxycytidine 5'-monofosfat. Senyawa ini masing-masing berfungsi untuk biosintesis asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). DNA menyimpan informasi genetik dan RNA memiliki berbagai fungsi.

Pada makhluk hidup, sitosin tidak ditemukan bebas, tetapi umumnya membentuk ribonukleotida atau deoksiribonukleotida. Kedua jenis senyawa tersebut memiliki gugus fosfat, ribosa, dan basa nitrogen.

Sumber: Vesprcom

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

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

Sitosin, dalam berbagai bentuknya, berpartisipasi dalam berbagai fungsi, seperti biosintesis DNA dan RNA, biosintesis glikoprotein, dan pengaturan ekspresi gen.

Struktur dan properti

Sitosin, 4-amino-2-hidroksipirimidin, memiliki rumus empiris C ₄ H ₅ N ₃ O, yang berat molekulnya 111,10 g / mol, dan dimurnikan sebagai bubuk putih.

Struktur sitosin adalah cincin heterosiklik aromatik planar. Panjang gelombang absorbansi maksimum (ʎ _max ) adalah 260 nm. Suhu leleh sitosin melebihi 300ºC.

Untuk membentuk nukleotida, sitosin terikat secara kovalen, melalui nitrogen 1, melalui ikatan N-beta-glikosidik ke karbon 1 'ribosa. Karbon 5 'diesterifikasi dengan gugus fosfat.

Biosintesis

Biosintesis nukleotida pirimidin memiliki jalur yang sama, terdiri dari enam langkah yang dikatalisasi oleh enzim. Jalurnya dimulai dengan biosintesis karbamoil fosfat. Dalam prokariota hanya ada satu enzim: sintase karbamoil fosfat. Ini bertanggung jawab untuk sintesis pirimidin dan glutamin. Pada eukariota, ada karbamoil fosfat sintase I dan II, yang masing-masing bertanggung jawab untuk biosintesis glutamin dan pirimidin.

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

Langkah ketiga adalah sintesis L-dihidrorotat, yang menyebabkan penutupan cincin pirimidin. Langkah ini dikatalisis oleh dihidrootase.

Tahap keempat adalah pembentukan orotate, yang merupakan reaksi redoks yang dikatalisis oleh dihydroorotate dehydrogenase.

Tahap kelima terdiri dari pembentukan orotidylate (OMP) menggunakan fosforibosil pirofosfat (PRPP) sebagai substrat, dan orotat fosforibosil transferase sebagai katalis.

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

Langkah selanjutnya terdiri dari fosforilasi UMP, dikatalisis oleh kinase, membentuk UTP, dan transfer gugus amino dari glutamin ke UTP untuk membentuk CTP, reaksi yang dikatalisis oleh CTP sintetase.

Peraturan biosintesis

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

Karbamoil fosfat sintase II diatur oleh umpan balik negatif. Regulatornya, UTP dan PRPP, masing-masing adalah inhibitor dan aktivator enzim ini.

Dalam jaringan non-hati, karbamoil fosfat sintase II adalah satu-satunya sumber karbamoil fosfat. Sementara di hati, dalam kondisi amonia berlebih, karbamoil fosfat sintase I menghasilkan, di mitokondria, karbamoil fosfat, yang diangkut ke sitosol, dari situ ia memasuki jalur biosintesis pirimidin.

Poin regulasi lainnya adalah OMP-dekarboksilase, yang diatur oleh inhibisi kompetitif. Produk reaksinya, UMP, bersaing dengan OMP untuk situs pengikatan pada OMP-dekarboksilase.

Pirimidin, seperti sitosin, didaur ulang

Daur ulang pirimidin memiliki fungsi menggunakan kembali pirimidin tanpa memerlukan biosintesis de novo, dan menghindari jalur degradatif. Reaksi daur ulang dikatalisis oleh pyrimimidine phosphoribosyltransferase. Reaksi umumnya adalah sebagai berikut:

Pirimidin + PRPP -> nukleosida pirimidin 5′-monofosfat + PPi

Pada vertebrata, pirimimidin fosforibosiltransferase ditemukan di eritrosit. Pirimidin substrat untuk enzim ini adalah urasil, timin, dan orotat. Sitosin secara tidak langsung didaur ulang dari uridine-5′-monophosphate.

Berperan dalam biosintesis DNA

Selama replikasi DNA, informasi yang terkandung dalam DNA disalin ke dalam DNA oleh DNA polimerase.

Biosintesis RNA membutuhkan deoxynucleotide triphosphate (dNTP), yaitu: 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 anorganik (PPi) menyediakan energi untuk biosintesis RNA.

Berperan dalam menstabilkan struktur DNA

Dalam heliks ganda DNA, purin beruntai satu dihubungkan dengan pirimidin untai berlawanan oleh ikatan hidrogen. Jadi, sitosin selalu dikaitkan dengan guanin melalui tiga ikatan hidrogen: adenin dikaitkan dengan timin oleh dua ikatan hidrogen.

Ikatan hidrogen terputus ketika larutan DNA asli yang dimurnikan, pada pH 7, berada pada suhu di atas 80 ºC. Hal ini menyebabkan heliks ganda DNA membentuk dua untai terpisah. Proses ini dikenal sebagai denaturasi.

Suhu di mana 50% DNA didenaturasi dikenal sebagai suhu leleh (Tm). Molekul DNA yang rasio guanin dan sitosinnya lebih tinggi dari pada timin dan adenin memiliki nilai Tm yang lebih tinggi daripada molekul yang rasio basanya terbalik.

Penjelasan di atas merupakan bukti eksperimental bahwa semakin banyak ikatan hidrogen yang lebih menstabilkan molekul DNA asli.

Fungsi daerah kaya sitosin dalam DNA

Baru-baru ini ditemukan bahwa DNA dari inti sel manusia dapat mengadopsi struktur interspersed motif (iM). Struktur ini terjadi di daerah yang kaya akan sitosin.

Struktur iM terdiri dari empat untai DNA, tidak seperti DNA untai ganda klasik yang memiliki dua untai. Lebih khusus lagi, dua rantai dupleks paralel diselingi dalam orientasi antiparalel, dan disatukan oleh sepasang sitosin hemiprotonasi (C: C ⁺ ).

Dalam genom manusia, struktur iM ditemukan di daerah seperti promotor dan telomer. Jumlah struktur iM lebih tinggi selama fase G1 / S dari siklus sel, di mana transkripsinya tinggi. Daerah ini adalah situs pengenalan protein yang terlibat dalam aktivasi mesin transkripsi.

Di sisi lain, di daerah yang kaya akan pasangan basa guanin berturut-turut (C), DNA cenderung mengadopsi bentuk A-heliks, dalam kondisi dehidrasi. Bentuk ini khas dari pita ganda RNA dan DNA-RNA selama transkripsi dan replikasi, dan pada waktu-waktu tertentu ketika DNA terikat pada protein.

Daerah dasar sitosin yang berurutan telah terbukti membuat tambalan elektropositif di celah utama DNA. Dengan demikian, daerah ini diyakini mengikat protein, mempengaruhi daerah genom tertentu untuk kerapuhan genetik.

Berperan dalam biosintesis RNA

Selama transkripsi, informasi yang terkandung dalam DNA disalin ke dalam RNA oleh RNA polimerase. Biosintesis RNA membutuhkan nukleosida trifosfat (NTP), yaitu: 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 anorganik (PPi) menyediakan energi untuk biosintesis RNA.

Berperan dalam biosintesis glikoprotein

Transfer sekuensial heksosa untuk membentuk oligosakarida, terkait-O dengan protein, terjadi dari prekursor nukleotida.

Pada vertebrata, langkah terakhir biosintesis oligosakarida terkait-O terdiri dari penambahan dua residu asam sialat (N-acetylneuraminic) dari prekursor cytidine-5′-monophosphate (CMP). Reaksi ini terjadi di kantung trans Golgi.

Perawatan kemoterapi sitosin dan kanker

Asam tetrahidrofolat (FH4) adalah sumber gugus -CH ₃ , dan diperlukan untuk biosintesis dTMP dari dUMP. Selain itu, FH2 terbentuk. Pengurangan FH2 menjadi FH4 membutuhkan reduktase folat dan NADPH. Beberapa penghambat folat reduktase, seperti aminopterin dan methotrexate, digunakan dalam pengobatan kanker.

Methotrexan adalah inhibitor kompetitif. Folat reduktase berikatan dengan afinitas 100 kali lebih banyak terhadap inhibitor ini daripada substratnya. Aminopterin bekerja dengan cara yang sama.

Penghambatan folat reduktase secara tidak langsung menghalangi biosintesis dTMP, dan karena itu dari dCTP. Penghambatan langsung terjadi oleh penghambat enzim sintetase timidilat, yang mengkatalisis dTMP dari dUMP. Penghambat ini adalah 5-fluorouracil dan 5-fluoro-2-deoxyuridine.

Sebagai contoh, 5-fluoroasil sendiri bukan merupakan penghambat tetapi pertama kali diubah, dalam jalur daur ulang, menjadi deoksiuridin mfosfat d (FdUMP), yang mengikat dan menghambat sintetase timidilat.

Zat yang dianalogikan dengan glutamin, azaserine, dan acivicin, menghambat glutamin Midotransferase. Azarin adalah salah satu zat pertama yang ditemukan bertindak sebagai inaktivator bunuh diri.

Referensi

1. Assi, HA, Garavís, M., González, C., dan Damha, MJ 2018. i-Motif DNA: fitur struktural dan signifikansi untuk biologi sel. Penelitian Asam Nuklei, 46: 8038-8056.
2. Bohinski, R. 1991. Biokimia. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
3. Devlin, TM 2000. Biokimia. Editorial Reverté, Barcelona.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Biologi seluler dan molekuler. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Meksiko, Sāo Paulo.
5. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Prinsip-prinsip biokimia. WH Freeman, New York.
6. Voet, D. dan Voet, J. 2004. Biokimia. John Wiley and Sons, AS.