Uracil: estrutura, funções, propriedades, síntese - Ciência - 2023

Contente

o uracil É uma pirimidina do tipo de base nitrogenada, encontrada no ácido ribonucléico (RNA). Essa é uma das características que diferenciam o RNA do ácido desoxirribonucléico (DNA), já que este último possui timina em vez de uracila. Ambas as substâncias, uracila e timina, diferem apenas porque a última tem um grupo metil.

Do ponto de vista evolutivo, foi proposto que o RNA foi a primeira molécula que armazenou informações genéticas e funcionou como um catalisador nas células, antes do DNA e das enzimas. Por isso, acredita-se que o uracil tenha desempenhado um papel fundamental na evolução da vida.

Nos seres vivos, o uracil não é encontrado na forma livre, mas comumente forma monofosfato de nucleotídeos (UMP), difosfato (UDP) e trifosfato (UTP). Esses nucleotídeos de uracila têm diferentes funções, como biossíntese de RNA e glicogênio, interconversão isomérica de açúcares e regulação da glutamina sintase.

Estrutura e propriedades

Uracil, chamado de 2,4-dioxipiridina, tem a fórmula empírica C₄H₄N₂OU₂, cujo peso molecular é 112,09 g / mol, e é purificado como um pó branco.

A estrutura da uridina é um anel heterocíclico com quatro átomos de carbono e dois átomos de nitrogênio, com ligações duplas alternadas. É plano.

Possui solubilidade de 50mg / ml, a 25ºC, em hidróxido de sódio 1M, e pKa entre 7,9 e 8,2. O comprimento de onda onde ocorre sua absorbância máxima (ʎ_max) está entre 258 e 260 nm.

Biossíntese

Existe uma via comum para a biossíntese de nucleotídeos de pirimidina (uracila e citocina). A primeira etapa é a biossíntese de carbamoil fosfato de CO₂ e NH₄⁺, que é catalisado pela carbamoil fosfato sintetase.

A pirimidina é construída a partir de fosfato de carboyil e aspartato. Ambas as substâncias reagem e formam N-carbamolaspartato, uma reação catalisada pela aspartato transcabamoilase (ATCase). O fechamento do anel de pirimidina é causado pela desidratação catalisada pela diidrootase e produz L-dihidrorotato.

L-dihidrorotato é oxidado e convertido em orotato; o aceitador de elétrons é NAD⁺. É uma reação catalisada pela diidroorotato desidrogenase. A próxima etapa consiste na transferência do grupo fosforibosil, do fosforibosil pirofosfato (PRPP), para o orotato. Forma orotidilato (OMP) e pirofosfato inorgânico (PPi), catalisados pela orotato fosforibosil transferase.

A última etapa consiste na descarboxilação do anel de pirimidina do orotidilato (OMP). Forma uridilato (uridin-5′-monofosfato, UMP), que é catalisado por uma descarboxilase.

Em seguida, por meio da participação de uma quinase, um grupo fosfato é transferido do ATP para o UMP, formando o UDP (uridina-5′-difosfato). Este último é repetido, formando UTP (uridina-5′-trifosfato).

Regulação da biossíntese

Nas bactérias, a regulação da biossíntese da pirimidina ocorre por feedback negativo, ao nível da aspartato transcabamoilase (ATCase).

Esta enzima é inibida pelo CTP (citidina-5′-trifosfato), que é o produto final da via biossintética da pirimidina. ATCase possui subunidades regulatórias que se ligam ao regulador alostérico CTP.

Em animais, a regulação da biossíntese da pirimidina ocorre por feedback negativo, ao nível de duas enzimas: 1) carbamoil fosfato sintase II, que é inibida pelo UTP e ativada por ATP e PRPP; e 2) OMP descarboxilase, que é inibida pelo produto da reação que catalisa, UMP. A taxa de biossíntese de OMP varia com a disponibilidade de PRPP.

Papel na biossíntese de RNA

O uracil está presente em todos os tipos de RNA, como o RNA mensageiro (mRNA), o RNA de transferência (tRNA) e o RNA ribossomal (rRNA). A biossíntese dessas moléculas ocorre por meio de um processo denominado transcrição.

Durante a transcrição, a informação contida no DNA é copiada para o RNA por uma RNA polimerase. O processo reverso, no qual as informações contidas no RNA são copiadas para o DNA, ocorre em alguns vírus e plantas por meio da transcriptase reversa.

A biossíntese de RNA requer trifosfato de nucleosídeo (NTP), a saber: trifosfato de uridina (UTP), trifosfato de citidina (CTP), trifosfato de adenina (ATP) e trifosfato de guanina (GTP). A reação é:

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

A hidrólise do pirofosfato inorgânico (PPi) fornece a energia para a biossíntese do RNA.

Papel na biossíntese de açúcares

Os ésteres de açúcar são muito comuns em organismos vivos.Um desses ésteres são os difosfatos de éster de nucleosídeo, como os açúcares UDP, que são muito abundantes nas células. UDP-açúcares participam da biossíntese de dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.

Nas plantas, a biossíntese de sacarose ocorre por meio de duas vias: uma via primária e uma via secundária.

A via principal é a transferência de D-glicose de UDP-D-glicose para D-frutose para formar sacarose e UDP. A via secundária inclui duas etapas: começa com UDP-D-glicose e frutose-6-fosfato e termina com a formação de sacarose e fosfato.

Nas glândulas mamárias, a biossíntese de lactose ocorre a partir de UDP-D-galactose e glicose.

Nas plantas, a biossíntese da celulose é realizada pela condensação contínua de resíduos de beta-D-glucosil, da UDP-glicose até a extremidade não redutora da cadeia de poliglucose em crescimento. Da mesma forma, a biossíntese de amilose e amilopectina requer UDP-glicose como substrato doador de glicose para a cadeia em crescimento.

Em animais, tanto UDP-glicose quanto ADP-glicose são usados para a biossíntese de glicogênio. Da mesma forma, a biossíntese de sulfato de condroitina requer UDP-xilose, UDP-galactose e UDP-glucuronato.

Papel na interconversão isomérica de açúcares

A conversão da galactose em um intermediário da glicólise ocorre pela via de Leloir. Uma das etapas dessa via é catalisada pela enzima UDP-galactose-4-epimerase, que facilita a interconversão de UDP-galactose em UDP-glicose.

Papel na biossíntese de glicoproteínas

Durante a biossíntese de glicoproteínas, as proteínas atravessam os sacos cis, intermediário e trans do aparelho de Golgi.

Cada um desses sacos possui um conjunto de enzimas que processam glicoproteínas. Monômeros de açúcar, como glicose e galactose, são adicionados ao oligossacarídeo da proteína de UDP-hexose e outros nucleotídeos-hexose.

Os nucleotídeos hexose são transportados para as cisternas de Golgi por antiport. UDP-galactose (UDP-Gal) e UDP-N-acetilgalactosamina (UDP-GalNAc) entram nas cisternas do citosol por troca por UMP.

Na cisterna de Golgi, uma fosfatase hidrolisa um grupo fosfato em UDP e forma UMP e Pi. UDP vem de reações catalisadas por galactosiltransferase e N-acetilgalactosamiltransferase. O UMP formado pela fosfatase serve para troca de nucleotídeo-hexose.

Papel na regulação da glutamina sintase

Um mecanismo regulador da glutamina sintase é a modificação covalente, que consiste na adenilação, que a inativa, e na desdenilação, que a ativa. Esta modificação covalente é reversível e catalisada pela adeniltransferase.

A atividade da adeniltransferase é modulada pela ligação da proteína PII, que é regulada por uma modificação covalente, a uridinilação.

A uridilação e a desuridilação são realizadas pela uridililtransferase. Nesta enzima, a atividade de uridilação é devida à glutamina e ao fosfato, e é ativada pela ligação do alfa-cetoglutarato e do ATP ao PII.

Papel na edição de RNA

Alguns mRNAs são editados antes da tradução. Em alguns organismos eucarióticos, como Trypanosoma brucei, há edição de RNA do transcrito do gene da subunidade II da citocromo oxidase. Isso acontece por meio da inserção de resíduos de uracila, reação catalisada pela uridiltransferase terminal.

Um RNA guia, complementar ao produto editado, atua como template para o processo de edição. Os pares de bases formados entre a transcrição inicial e o RNA guia implicam pares de bases G = U que não são Watson-Crick e são comuns no RNA.

Biossíntese de UDP-glicose

Em condições fisiológicas, a biossíntese de glicogênio a partir de glicose-1-fosfato é termodinamicamente impossível (ΔG positivo). Por conta disso, antes da biossíntese, ocorre a ativação da glicose-1-fosfato (G1P). Esta reação combina G1P e UTP para formar glicose difosfato de uridina (UDP-glicose ou UDPG).

A reação é catalisada pela pirofosforilase UDP-glicose, e é a seguinte:

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

A variação da energia livre de Gibbs nesta etapa é grande e negativa (-33,5 KJ / mol). Durante a reação ao oxigênio, o G1P ataca o átomo alfa de fósforo do UTP e forma a UDP-glicose e o pirofosfato inorgânico (PPi). Em seguida, o PPi é hidrolisado por uma pirofosfatase inorgânica, cuja energia de hidrólise é o que impulsiona a reação geral.

UDP-glicose é uma substância de "alta energia". Permite formar as ligações glicosídicas entre o resíduo de glicose e a crescente cadeia polissacarídica. Esse mesmo princípio energético é aplicável a reações em que participam açúcares UDP, como a biossíntese de dissacarídeos, oligossacarídeos e glicoproteínas.

Uracil DNA glicosilase

Existem lesões de DNA que ocorrem espontaneamente. Uma dessas lesões é a desaminação espontânea de citocinas e sua conseqüente conversão em uracila. Nesse caso, o reparo ocorre removendo a base modificada do DNA por uma enzima chamada uracil DNA glicosilase.

A enzima uracila DNA glicosilase remove a citocina danificada (uracila), produzindo um resíduo de desoxirribose que carece da base de nitrogênio, denominado sítio AP (sítio apurínico-apirimidínico).

A enzima AP endonuclease então corta a estrutura fosfodiéster do sítio AP, removendo o resíduo de açúcar-fosfato. A DNA polimerase I restaura a fita danificada.

Referências

Bohinski, R. 1991. Biochemistry. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
Devlin, T.M. 2000. Biochemistry. Editorial Reverté, Barcelona.
Lodish, H., Berk, A., Zipurski, S.L., Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Cellular and molecular biology. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, México, São Paulo.
Nelson, D. L., Cox, M. M. 2008. Lehninger - Princípios de bioquímica. W.H. Freeman, Nova York.
Voet, D. e Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley and Sons, EUA.