sitosin adalah jenis pirimidin nucleobase, melayani untuk biosintesis cytidine-5′-monofosfat dan deoxycytidine 5′-monofosfat. Senyawa ini digunakan untuk biosintesis, masing-masing, 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 [Domain publik]
Karbon 2 ribosa memiliki gugus hidroksil (-OH) dalam ribonukleotida, dan atom hidrogen (-H) dalam deoksiribonukleotida. Tergantung pada jumlah gugus fosfat yang ada, ada cytidine-5′-monophosphate (CMP), cytidine-5′-diphosphate (CDP) dan cytidine-5′-triphosphate (CTP).
Setara terdeoksigenasi disebut deoxycytidin-5′-monophosphate (dCMP), deoxycytidin-5′-diphosphate (dCDP), dan deoxycytidin-5′-triphosphate (dCTP).
Sitosin, dalam berbagai bentuknya, berpartisipasi dalam fungsi yang berbeda, seperti biosintesis DNA dan RNA, biosintesis glikoprotein, dan regulasi ekspresi gen.
Indeks artikel
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 dan planar. Panjang gelombang serapan maksimum (ʎ max ) adalah pada 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 dikatalisis oleh enzim. Jalur dimulai dengan biosintesis karbamoil fosfat. Pada prokariota hanya ada satu enzim: karbamoil fosfat sintase. Ini bertanggung jawab untuk sintesis pirimidin dan glutamin. Pada eukariota, terdapat karbamoil fosfat sintase I dan II, yang masing-masing bertanggung jawab atas biosintesis glutamin dan pirimidin.
Tahap kedua terdiri dari pembentukan N-karbamoilaspartat, dari karboil fosfat dan aspartat, suatu reaksi yang dikatalisis oleh aspartat transcabamoylase (ATCase).
Langkah ketiga adalah sintesis L-dihydrorotate, 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) dengan menggunakan phosphoribosyl pyrophosphate (PRPP) sebagai substrat, dan orotate phosphoribosyl transferase sebagai katalis.
Langkah keenam adalah pembentukan uridilat (uridin-5′-monofosfat, UMP), suatu reaksi yang dikatalisis oleh OMP-dekarboksilase.
Langkah selanjutnya terdiri dari fosforilasi UMP yang dikatalisis kinase untuk membentuk UTP, dan transfer gugus amino dari glutamin ke UTP untuk membentuk CTP, suatu reaksi yang dikatalisis oleh CTP sintetase.
Regulasi biosintesis
Pada mamalia, regulasi terjadi pada tingkat karbamoil fosfat sintase II, enzim yang ditemukan di sitosol, sedangkan karbamoil fosfat sintase I adalah mitokondria.
Karbamoil fosfat sintase II diatur oleh umpan balik negatif. Regulatornya, UTP dan PRPP, masing-masing merupakan inhibitor dan aktivator enzim ini.
Pada jaringan non-hepatik, karbamoil fosfat sintase II adalah satu-satunya sumber karbamoil fosfat. Sementara di hati, dalam kondisi kelebihan amonia, karbamoil fosfat sintase I menghasilkan, di mitokondria, karbamoil fosfat, yang diangkut ke sitosol, dari mana ia memasuki jalur biosintesis pirimidin.
Poin regulasi lainnya adalah OMP-decarboxylase, yang diatur oleh penghambatan kompetitif. Produk reaksinya, UMP, bersaing dengan OMP untuk tempat pengikatan pada OMP-dekarboksilase.
Pirimidin, seperti sitosin, didaur ulang
Daur ulang pirimidin memiliki fungsi menggunakan kembali pirimidin tanpa perlu biosintesis de novo, dan menghindari jalur degradatif. Reaksi daur ulang dikatalisis oleh pirimidin fosforibosiltransferase. Reaksi umumnya adalah sebagai berikut:
Pirimidin + PRPP -> pirimidin nukleosida 5′-monofosfat + PPi
Pada vertebrata , pirimidin fosforibosiltransferase ditemukan dalam eritrosit. Substrat pirimidin untuk enzim ini adalah urasil, timin, dan orotat. Sitosin secara tidak langsung didaur ulang dari uridin-5′-monofosfat.
Peran 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 beruntai berlawanan dengan ikatan hidrogen. Jadi, sitosin selalu dihubungkan dengan guanin melalui tiga ikatan hidrogen: adenin terikat dengan timin melalui dua ikatan hidrogen.
Ikatan hidrogen terputus ketika larutan DNA asli yang dimurnikan, pada pH 7, dikenai suhu di atas 80 C. 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 sitosin lebih tinggi daripada timin dan adenin memiliki nilai Tm lebih tinggi daripada yang rasio basanya terbalik.
Penjelasan di atas merupakan bukti eksperimental bahwa jumlah ikatan hidrogen yang lebih banyak akan menstabilkan molekul DNA asli dengan lebih baik.
Peran 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 transkripsi tinggi. Daerah ini adalah situs pengenalan protein yang terlibat dalam aktivasi mesin transkripsi.
Di sisi lain, di daerah yang kaya akan pasangan basa guanin berurutan (C), DNA cenderung mengadopsi bentuk heliks-A, dalam kondisi dehidrasi. Bentuk ini khas pita ganda RNA dan DNA-RNA selama transkripsi dan replikasi, dan pada waktu-waktu tertentu ketika DNA terikat pada protein.
Daerah basa berturut-turut dari sitosin telah terbukti membuat patch elektropositif di celah utama DNA. Dengan demikian, daerah-daerah ini diyakini mengikat protein, membuat daerah genom tertentu rentan terhadap kerapuhan genetik.
Peran dalam biosintesis RNA
Selama transkripsi, informasi yang terkandung dalam DNA disalin ke dalam RNA melalui 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.
Peran dalam biosintesis glikoprotein
Transfer sekuensial heksosa untuk membentuk oligosakarida, terkait-O ke protein, terjadi dari prekursor nukleotida.
Pada vertebrata, langkah terakhir dalam 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. Reduksi FH2 menjadi FH4 membutuhkan reduktase folat dan NADPH. Beberapa penghambat reduktase folat, seperti aminopterin dan metotreksat, digunakan dalam pengobatan kanker.
Methotrexan adalah inhibitor kompetitif. Folat reduktase mengikat dengan afinitas 100 kali lebih banyak untuk inhibitor ini daripada substratnya. Aminopterin bekerja dengan cara yang sama.
Penghambatan reduktase folat secara tidak langsung menghambat biosintesis dTMP, dan oleh karena itu biosintesis dCTP. Inhibisi langsung terjadi oleh inhibitor enzim thymidylate synthetase, yang mengkatalisis dTMP dari dUMP. Inhibitor ini adalah 5-fluorouracil dan 5-fluoro-2-deoxyuridine.
Misalnya, 5-fluoroacyl sendiri bukan merupakan inhibitor tetapi pertama kali diubah, dalam jalur daur ulang, menjadi deoxyuridine mphosphate d (FdUMP), yang mengikat dan menghambat thymidylate synthetase.
Zat analog dengan glutamin, azaserine dan acivicin, menghambat glutamin amidotransferase. Azarin adalah salah satu zat pertama yang ditemukan untuk bertindak sebagai inaktivator bunuh diri.
Referensi
- Assi, HA, Garavís, M., González, C., dan Damha, MJ 2018. i-Motif DNA: fitur struktural dan signifikansi untuk biologi sel. Penelitian Asam Nukleus, 46: 8038-8056.
- Bohinski, R. 1991. Biokimia. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
- Devlin, TM 2000. Biokimia. Redaksi Reverté, Barcelona.
- Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Seluler dan biologi molekuler. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sāo Paulo.
- Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger – Prinsip-prinsip biokimia. WH Freeman, New York.
- Voet, D. dan Voet, J. 2004. Biokimia. John Wiley and Sons, AS.
