urasil adalah jenis pirimidin nucleobase, ditemukan di ribonucleic acid (RNA). Ini adalah salah satu karakteristik yang membedakan RNA dari asam deoksiribonukleat ( DNA ), karena yang terakhir memiliki timin, 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 katalis dalam sel, sebelum DNA dan enzim. Karena itu, urasil dianggap memainkan peran kunci dalam evolusi kehidupan.
Sumber: Kemikungen [Domain publik]
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 gula isomer, dan regulasi glutamin sintase.
Indeks artikel
Struktur dan properti
Urasil, disebut 2,4-dioksipiridin, 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 bolak-balik. Ini adalah 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 adalah 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 dibangun dari karboil fosfat dan aspartat. Kedua zat tersebut bereaksi dan membentuk N-carbamoylaspartate, suatu reaksi yang dikatalisis oleh aspartate transcabamoylase (ATCase). Penutupan cincin pirimidin disebabkan oleh dehidrasi yang dikatalisis oleh dihidrootase, dan menghasilkan L-dihidrorotat.
L-dihydrorotate dioksidasi dan diubah menjadi orotate; penerima elektronnya adalah NAD + . Ini adalah reaksi yang dikatalisis oleh dihydroorotate dehydrogenase. Langkah selanjutnya adalah transfer gugus fosforibosil, dari fosforibosil pirofosfat (PRPP), ke orotat. Ini membentuk orotidylate (OMP) dan pirofosfat anorganik (PPi), dikatalisis oleh orotate phosphoribosyl transferase.
Langkah terakhir terdiri dari dekarboksilasi cincin pirimidin dari orotidylate (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 (uridin-5′-difosfat). Yang terakhir ini diulang, membentuk UTP (uridin-5′-trifosfat).
Regulasi biosintesis
Pada bakteri, regulasi biosintesis pirimidin terjadi melalui umpan balik negatif, pada tingkat aspartat transcabamoylase (ATCase).
Enzim ini dihambat oleh CTP (cytidine-5′-triphosphate), yang merupakan produk akhir dari jalur biosintetik pirimidin. ATCase memiliki subunit regulator yang mengikat CTP regulator alosterik.
Pada hewan, regulasi biosintesis pirimidin terjadi melalui umpan balik negatif, pada tingkat dua enzim: 1) karbamoil fosfat sintase II, yang dihambat oleh UTP dan diaktifkan oleh ATP dan PRPP; dan 2) OMP dekarboksilase, yang dihambat oleh produk reaksi yang dikatalisisnya, UMP. Laju biosintesis OMP bervariasi dengan ketersediaan PRPP.
Peran dalam biosintesis RNA
Urasil hadir di semua jenis RNA, seperti messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), dan RNA ribosom (rRNA). Biosintesis molekul-molekul ini terjadi melalui proses yang disebut transkripsi.
Selama transkripsi, informasi yang terkandung dalam DNA disalin ke dalam RNA melalui RNA polimerase. Proses sebaliknya, di mana informasi yang terkandung dalam RNA disalin ke dalam DNA, terjadi pada beberapa virus dan tanaman melalui reverse transcriptase.
Biosintesis RNA membutuhkan nukleosida trifosfat (NTP), yaitu: uridin trifosfat (UTP), sitidin trifosfat (CTP), 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 gula
Ester gula sangat umum dalam organisme hidup. Beberapa dari ester ini adalah difosfat ester nukleosida, 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 utama adalah transfer D-glukosa dari UDP-D-glukosa ke D-fruktosa untuk membentuk sukrosa dan UDP. Jalur sekunder meliputi dua langkah: dimulai dengan UDP-D-glukosa dan fruktosa-6-fosfat dan berpuncak pada pembentukan sukrosa dan fosfat.
Di kelenjar susu, biosintesis laktosa terjadi dari UDP-D-galaktosa dan glukosa.
Pada tumbuhan, biosintesis selulosa dilakukan oleh kondensasi berkelanjutan dari residu beta-D-glukosil, dari UDP-glukosa ke ujung non-pereduksi dari rantai poliglukosa yang sedang tumbuh. Demikian pula, biosintesis amilosa dan amilopektin membutuhkan UDP-glukosa sebagai substrat donor glukosa ke rantai yang sedang tumbuh.
Pada hewan, baik 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-galaktosa-4-epimerase, yang memfasilitasi interkonversi UDP-galaktosa menjadi UDP-glukosa.
Peran dalam biosintesis glikoprotein
Selama biosintesis glikoprotein, protein melintasi kantung cis, tengah, dan trans aparatus 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 oleh antiport. UDP-galaktosa (UDP-Gal) dan UDP-N-acetylgalactosamine (UDP-GalNAc) masuk ke tangki dari sitosol dengan pertukaran UMP.
Dalam tangki Golgi, fosfatase menghidrolisis gugus fosfat pada UDP dan membentuk UMP dan Pi. UDP berasal dari reaksi yang dikatalisis oleh galaktosiltransferase dan N-asetilgalaktosamiltransferase. UMP yang dibentuk oleh fosfatase berfungsi untuk pertukaran nukleotida-heksosa.
Peran dalam regulasi glutamin sintase
Mekanisme regulasi glutamin sintase adalah modifikasi kovalen, yang terdiri dari adenilasi, yang menonaktifkannya, dan dedenilasi, yang mengaktifkannya. Modifikasi kovalen ini bersifat reversibel dan dikatalisis oleh adeniltransferase.
Aktivitas adeniltransferase dimodulasi oleh pengikatan protein PII, yang diatur oleh modifikasi kovalen, uridinilasi.
Baik uridilasi dan deuridilasi dilakukan oleh uridylyltransferase. Dalam enzim ini, aktivitas uridilasi disebabkan oleh glutamin dan fosfat, dan diaktifkan oleh pengikatan alfa-ketoglutarat dan ATP ke PII.
Peran dalam pengeditan RNA
Beberapa mRNA diedit sebelum diterjemahkan. Pada beberapa organisme eukariotik, seperti Trypanosoma brucei , ada pengeditan RNA dari transkrip gen subunit II sitokrom oksidase. Ini terjadi melalui penyisipan residu urasil, suatu reaksi yang dikatalisis oleh terminal uridiltransferase.
Sebuah RNA panduan, melengkapi produk yang diedit, bertindak sebagai template untuk proses pengeditan. Pasangan basa yang terbentuk antara transkrip awal dan RNA pemandu menyiratkan pasangan basa G = U yang bukan Watson-Crick dan umum dalam RNA.
Biosintesis UDP-glukosa
Dalam kondisi fisiologis, biosintesis glikogen dari glukosa-1-fosfat secara termodinamika tidak mungkin (ΔG positif). Karena itu, sebelum biosintesis, aktivasi glukosa-1-fosfat (G1P) terjadi. Reaksi ini menggabungkan G1P dan UTP untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDP-glukosa atau UDPG).
Reaksi dikatalisis oleh UDP-glukosa pirofosforilasi, 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 fosfor alfa UTP dan membentuk UDP-glukosa dan pirofosfat anorganik (PPi). PPi kemudian dihidrolisis oleh pirofosfatase anorganik, yang energi hidrolisisnya adalah yang mendorong keseluruhan reaksi.
UDP-glukosa adalah zat “energi tinggi”. Hal ini memungkinkan untuk membentuk ikatan glikosidik antara residu glukosa dan rantai polisakarida yang sedang tumbuh. Prinsip energi yang sama ini berlaku untuk reaksi di mana gula UDP berpartisipasi, seperti biosintesis disakarida, oligosakarida, dan glikoprotein.
Urasil DNA glikosilase
Ada lesi DNA yang terjadi secara spontan. Salah satu dari lesi ini adalah deaminasi spontan sitokin, dan konversi konsekuennya 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 yang rusak (urasil), menghasilkan residu deoksiribosa yang tidak memiliki basa nitrogen, yang disebut situs AP (situs apurinat-apirimidin).
Enzim AP endonuklease kemudian memotong tulang punggung fosfodiester dari situs AP, menghilangkan residu gula-fosfat. DNA polimerase I mengembalikan untai yang rusak.
Referensi
- 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.
