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

The urasil adalah jenis pirimidin nucleobase, ditemukan di ribonucleic acid (RNA). Ini adalah salah satu karakteristik yang membedakan RNA dari asam deoksiribonukleat (DNA), karena asam deoksiribonukleat (DNA) memiliki timin dan bukan urasil. Kedua zat, urasil dan timin, hanya berbeda karena yang terakhir memiliki gugus metil.

Dari sudut pandang evolusi, telah diusulkan bahwa RNA adalah molekul pertama yang menyimpan informasi genetik dan berfungsi sebagai katalisator dalam sel, sebelum DNA dan enzim. Karena itu, urasil dianggap memainkan peran kunci dalam evolusi kehidupan.

Sumber: Kemikungen

Pada makhluk hidup, urasil tidak ditemukan dalam bentuk bebas, tetapi umumnya membentuk nukleotida monofosfat (UMP), difosfat (UDP) dan trifosfat (UTP). Nukleotida urasil ini memiliki fungsi yang berbeda, seperti biosintesis RNA dan glikogen, interkonversi isomerik gula, dan regulasi sintase glutamin.

Struktur dan properti

Urasil, disebut 2,4-dioxypyridine, memiliki rumus empiris C ₄ H ₄ N ₂ O ₂ , yang berat molekulnya 112,09 g / mol, dan dimurnikan sebagai bubuk putih.

Struktur uridin adalah cincin heterosiklik dengan empat atom karbon dan dua atom nitrogen, dengan ikatan rangkap bergantian. Itu planar.

Ini memiliki kelarutan 50mg / ml, pada 25ºC, dalam 1M natrium hidroksida, dan pKa antara 7,9 dan 8,2. Panjang gelombang dimana absorbansi maksimumnya (ʎ _max ) terjadi antara 258 dan 260 nm.

Biosintesis

Ada jalur umum untuk biosintesis nukleotida pirimidin (urasil dan sitokin). Langkah pertama adalah biosintesis karbamoil fosfat dari CO ₂ dan NH ₄ ⁺ , yang dikatalisis oleh karbamoil fosfat sintetase.

Pirimidin dibuat dari karboyl fosfat dan aspartat. Kedua zat bereaksi dan membentuk N-karbamoylaspartat, reaksi yang dikatalisis oleh aspartat transcabamoylase (ATCase). Penutupan cincin pirimidin disebabkan oleh dehidrasi yang dikatalisis oleh dihidrootase, dan menghasilkan L-dihidrorotat.

L-dihidrorotat dioksidasi dan diubah menjadi orotat; akseptor elektron adalah NAD ⁺ . Ini adalah reaksi yang dikatalisis oleh dihydroorotate dehydrogenase. Langkah selanjutnya terdiri dari transfer gugus fosforibosil, dari fosforibosil pirofosfat (PRPP), ke orotat. Ini membentuk orotidylate (OMP) dan anorganic pyrophosphate (PPi), yang dikatalisis oleh orotate phosphoribosyl transferase.

Langkah terakhir terdiri dari dekarboksilasi cincin pirimidin dari orotidilat (OMP). Ini membentuk uridilat (uridin-5′-monofosfat, UMP), yang dikatalisis oleh dekarboksilase.

Kemudian, melalui partisipasi kinase, gugus fosfat ditransfer dari ATP ke UMP, membentuk UDP (uridine-5′-difosfat). Yang terakhir diulangi, membentuk UTP (uridin-5′-triphosphate).

Peraturan biosintesis

Pada bakteri, regulasi biosintesis pirimidin terjadi melalui umpan balik negatif, pada tingkat transcabamoylase aspartat (ATCase).

Enzim ini dihambat oleh CTP (cytidine-5′-triphosphate), yang merupakan produk akhir dari jalur biosintetik pirimidin. ATCase memiliki subunit regulasi yang mengikat CTP regulator alosterik.

Pada hewan, pengaturan biosintesis pirimidin terjadi melalui umpan balik negatif, pada level dua enzim: 1) karbamoil fosfat sintase II, yang dihambat oleh UTP dan diaktivasi oleh ATP dan PRPP; dan 2) Dekarboksilase OMP, yang dihambat oleh produk dari reaksi yang dikatalisinya, UMP. Laju biosintesis OMP bervariasi dengan ketersediaan PRPP.

Berperan dalam biosintesis RNA

Urasil hadir di semua jenis RNA, seperti messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), dan ribosomal RNA (rRNA). Biosintesis molekul-molekul ini terjadi melalui proses yang disebut transkripsi.

Selama transkripsi, informasi yang terkandung dalam DNA disalin ke dalam RNA oleh RNA polimerase. Proses sebaliknya, di mana informasi yang terkandung dalam RNA disalin ke dalam DNA, terjadi pada beberapa virus dan tumbuhan melalui reverse transcriptase.

Biosintesis RNA membutuhkan nukleosida trifosfat (NTP), yaitu: uridine triphosphate (UTP), cytidine triphosphate (CTP), adenine triphosphate (ATP) dan guanine triphosphate (GTP). Reaksinya adalah:

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

Hidrolisis pirofosfat anorganik (PPi) menyediakan energi untuk biosintesis RNA.

Berperan dalam biosintesis gula

Ester gula sangat umum pada organisme hidup. Beberapa dari ester ini adalah nukleosida ester difosfat, seperti gula UDP, yang sangat melimpah di dalam sel. UDP-gula berpartisipasi dalam biosintesis disakarida, oligosakarida dan polisakarida.

Pada tumbuhan, biosintesis sukrosa terjadi melalui dua jalur: jalur primer dan jalur sekunder.

Jalur utamanya adalah transfer D-glukosa dari UDP-D-glukosa ke D-fruktosa untuk membentuk sukrosa dan UDP. Jalur sekunder mencakup dua langkah: dimulai dengan UDP-D-glukosa dan fruktosa-6-fosfat dan diakhiri dengan pembentukan sukrosa dan fosfat.

Di kelenjar susu, biosintesis laktosa terjadi dari UDP-D-galaktosa dan glukosa.

Pada tumbuhan, biosintesis selulosa dilakukan dengan kondensasi berkelanjutan residu beta-D-glukosil, dari UDP-glukosa ke ujung rantai poliglukosa yang tidak mereduksi. Demikian pula, biosintesis amilosa dan amilopektin membutuhkan UDP-glukosa sebagai substrat donor glukosa untuk rantai pertumbuhan.

Pada hewan, UDP-glukosa dan ADP-glukosa digunakan untuk biosintesis glikogen. Demikian pula, biosintesis kondroitin sulfat membutuhkan UDP-xylose, UDP-galactose, dan UDP-glucuronate.

Peran dalam interkonversi isomer gula

Konversi galaktosa menjadi perantara glikolisis terjadi melalui jalur Leloir. Salah satu langkah dalam jalur ini dikatalisis oleh enzim UDP-galactose-4-epimerase, yang memfasilitasi interkonversi UDP-galaktosa menjadi UDP-glukosa.

Berperan dalam biosintesis glikoprotein

Selama biosintesis glikoprotein, protein melintasi kantung cis, tengah, dan trans dari badan Golgi.

Masing-masing kantung ini memiliki seperangkat enzim yang memproses glikoprotein. Monomer gula, seperti glukosa dan galaktosa, ditambahkan ke protein oligosakarida dari UDP-heksosa dan nukleotida-heksosa lainnya.

Nukleotida heksosa diangkut ke tangki Golgi dengan antiport. UDP-galaktosa (UDP-Gal) dan UDP-N-acetylgalactosamine (UDP-GalNAc) memasuki cisternae dari sitosol dengan cara ditukar dengan UMP.

Di tangki Golgi, fosfatase menghidrolisis gugus fosfat pada UDP dan membentuk UMP dan Pi. UDP berasal dari reaksi yang dikatalisis oleh galactosyltransferase dan N-acetylgalactosamyltransferase. UMP yang dibentuk oleh fosfatase berfungsi untuk pertukaran nukleotida-heksosa.

Berperan dalam regulasi sintase glutamin

Mekanisme pengaturan glutamin sintase adalah modifikasi kovalen, yang terdiri dari adenilasi, yang menonaktifkannya, dan dedenilasi, yang mengaktifkannya. Modifikasi kovalen ini bersifat reversibel dan dikatalisis oleh adenyltransferase.

Aktivitas adenyltransferase dimodulasi oleh pengikatan protein PII, yang diatur oleh modifikasi kovalen, uridinilasi.

Baik uridylation dan deuridylation dilakukan oleh uridylyltransferase. Dalam enzim ini, aktivitas uridylation disebabkan oleh glutamin dan fosfat, dan diaktifkan dengan mengikat alfa-ketoglutarat dan ATP ke PII.

Berperan dalam pengeditan RNA

Beberapa mRNA diedit sebelum terjemahan. Pada beberapa organisme eukariotik, seperti Trypanosoma brucei, terdapat pengeditan RNA dari transkrip gen sitokrom oksidase subunit II. Ini terjadi melalui penyisipan residu urasil, reaksi yang dikatalisasi oleh terminal uridyltransferase.

RNA panduan, melengkapi produk yang diedit, bertindak sebagai template untuk proses pengeditan. Pasangan basa yang terbentuk antara transkrip awal dan RNA panduan melibatkan pasangan basa G = U yang bukan Watson-Crick dan umum pada RNA.

Biosintesis UDP-glukosa

Dalam kondisi fisiologis, biosintesis glikogen dari glukosa-1-fosfat secara termodinamika tidak mungkin (ΔG positif). Karena itu, sebelum biosintesis, terjadi aktivasi glukosa-1-fosfat (G1P). Reaksi ini menggabungkan G1P dan UTP untuk membentuk glukosa uridin difosfat (UDP-glukosa atau UDPG).

Reaksi dikatalisis oleh UDP-glukosa pirofosforilase, dan adalah sebagai berikut:

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

Variasi energi bebas Gibbs pada langkah ini besar dan negatif (-33,5 KJ / mol). Selama reaksi terhadap oksigen, G1P menyerang atom alfa fosfor UTP dan membentuk UDP-glukosa dan pirofosfat anorganik (PPi). Selanjutnya, PPi dihidrolisis oleh pirofosfatase anorganik, yang energi hidrolisanya mendorong reaksi umum.

UDP-glukosa adalah zat "berenergi tinggi". Ini memungkinkan untuk membentuk ikatan glikosidik antara residu glukosa dan rantai polisakarida yang sedang tumbuh. Prinsip energik yang sama ini berlaku untuk reaksi di mana gula UDP berpartisipasi, seperti biosintesis disakarida, oligosakarida dan glikoprotein.

Glikosilase DNA Urasil

Ada lesi DNA yang terjadi secara spontan. Salah satu lesi ini adalah deaminasi sitokin secara spontan, dan akibatnya berubah menjadi urasil. Dalam hal ini, perbaikan terjadi dengan menghilangkan basa yang dimodifikasi dari DNA oleh enzim yang disebut urasil DNA glikosilase.

Enzim urasil DNA glikosilase menghilangkan sitokin (urasil) yang rusak, menghasilkan residu deoksiribosa yang tidak memiliki basa nitrogen, yang disebut situs AP (situs apurinik-apirrimidinik).

Enzim AP endonuklease kemudian memotong tulang punggung fosfodiester dari situs AP, menghilangkan residu gula-fosfat. DNA polimerase I mengembalikan untai yang rusak.

Referensi

1. Bohinski, R. 1991. Biokimia. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
2. Devlin, TM 2000. Biokimia. Editorial Reverté, Barcelona.
3. 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.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Prinsip-prinsip biokimia. WH Freeman, New York.
5. Voet, D. dan Voet, J. 2004. Biokimia. John Wiley and Sons, AS.