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

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o citosina É uma base nitrogenada do tipo pirimidina, utilizada para a biossíntese de citidina-5--monofosfato e desoxicitidina-5--monofosfato. Esses compostos servem para a biossíntese, respectivamente, do ácido desoxirribonucléico (DNA) e do ácido ribonucléico (RNA). O DNA armazena informações genéticas e o RNA tem várias funções.

Em seres vivos, a citosina não é encontrada livre, mas comumente forma ribonucleotídeos ou desoxirribonucleotídeos. Ambos os tipos de compostos têm um grupo fosfato, uma ribose e uma base de nitrogênio.

O carbono 2 da ribose tem um grupo hidroxila (-OH) nos ribonucleotídeos e um átomo de hidrogênio (-H) nos desoxirribonucleotídeos. Dependendo do número de grupos fosfato presentes, há citidina-5′-monofosfato (CMP), citidina-5′-difosfato (CDP) e citidina-5′-trifosfato (CTP).

Os equivalentes desoxigenados são chamados de desoxicitidina-5′-monofosfato (dCMP), desoxicitidina-5′-difosfato (dCDP) e desoxicitidina-5′-trifosfato (dCTP).

A citosina, em suas diversas formas, participa de diversas funções, como biossíntese de DNA e RNA, biossíntese de glicoproteínas e regulação da expressão gênica.

Estrutura e propriedades

A citosina, 4-amino-2-hidroxipirimidina, tem a fórmula empírica C₄H₅N₃O, cujo peso molecular é 111,10 g / mol, e é purificado como um pó branco.

A estrutura da citosina é um anel heterocíclico aromático planar. O comprimento de onda de absorbância máxima (ʎ_max) está a 260 nm. A temperatura de fusão da citosina excede 300ºC.

Para formar um nucleotídeo, a citosina é ligada covalentemente, através do nitrogênio 1, por meio de uma ligação N-beta-glicosídica ao carbono 1 ′ da ribose. O carbono 5 ′ é esterificado com um grupo fosfato.

Biossíntese

A biossíntese de nucleotídeos de pirimidina tem uma via comum, consistindo em seis etapas catalisadas por enzimas. A via começa com a biossíntese de fosfato de carbamoil. Em procariotos, há apenas uma enzima: carbamoil fosfato sintase. Isso é responsável pela síntese de pirimidinas e glutamina. Nos eucariotos, existem carbamoil fosfato sintase I e II, que são responsáveis, respectivamente, pela biossíntese de glutamina e pirimidinas.

A segunda etapa consiste na formação de N-carbamolaspartato, a partir de carbamoil fosfato e aspartato, reação catalisada pela aspartato transcabamoilase (ATCase).

A terceira etapa é a síntese do L-dihidrorotato, que causa o fechamento do anel da pirimidina. Esta etapa é catalisada pela diidrootase.

A quarta etapa é a formação de orotato, que é uma reação redox catalisada pela diidroorotato desidrogenase.

A quinta etapa consiste na formação de orotidilato (OMP) usando fosforibosil pirofosfato (PRPP) como substrato e orotato fosforibosil transferase como catalisador.

A sexta etapa é a formação de uridilato (uridin-5′-monofosfato, UMP), uma reação catalisada por uma OMP-descarboxilase.

As próximas etapas consistem na fosforilação de UMP, catalisada por quinases, para formar UTP, e na transferência de um grupo amino da glutamina para UTP para formar CTP, reação catalisada pela CTP sintetase.

Regulação da biossíntese

Em mamíferos, a regulação ocorre ao nível da carbamoil fosfato sintase II, uma enzima encontrada no citosol, enquanto a carbamoil fosfato sintase I é mitocondrial.

A carbamoil fosfato sintase II é regulada por feedback negativo. Seus reguladores, UTP e PRPP, são, respectivamente, um inibidor e um ativador dessa enzima.

Em tecidos não hepáticos, a carbamoil fosfato sintase II é a única fonte de carbamoil fosfato. Enquanto no fígado, em condições de excesso de amônia, a carbamoil fosfato sintase I produz, na mitocôndria, carbamoil fosfato, que é transportado para o citosol, de onde entra na via de biossíntese da pirimidina.

Outro ponto de regulação é a OMP-descarboxilase, que é regulada pela inibição competitiva. Seu produto de reação, UMP, compete com OMP pelo sítio de ligação na OMP-descarboxilase.

As pirimidinas, como a citosina, são recicladas

A reciclagem de pirimidinas tem a função de reutilizar pirimidinas sem a necessidade de biossíntese de novo e evitando a via degradativa. A reação de reciclagem é catalisada pela pirimimidina fosforibosiltransferase.A reação geral é a seguinte:

Pirimidina + PRPP -> nucleosídeo pirimidina 5′-monofosfato + PPi

Em vertebrados, a pirimimidina fosforibosiltransferase é encontrada nos eritrócitos. As pirimidinas substrato para esta enzima são uracila, timina e orotato. A citosina é indiretamente reciclada da uridina-5′-monofosfato.

Papel na biossíntese de DNA

Durante a replicação do DNA, a informação contida no DNA é copiada para o DNA por uma DNA polimerase.

A biossíntese de RNA requer desoxinucleotídeo trifosfato (dNTP), a saber: desoxitimidina trifosfato (dTTP), desoxicitidina trifosfato (dCTP), desoxiadenina trifosfato (dATP) e desoxiguanina trifosfato (dGTP). A reação é:

(DNA)_{n resíduos} + dNTP -> (DNA)_{n + 1} resíduo + PPi

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

Papel na estabilização da estrutura do DNA

Na dupla hélice do DNA, uma purina de fita única está ligada à pirimidina de fita oposta por ligações de hidrogênio. Assim, a citosina está sempre ligada à guanina por três ligações de hidrogênio: a adenina está ligada à timina por duas ligações de hidrogênio.

As ligações de hidrogênio são rompidas quando uma solução purificada de DNA nativo, em pH 7, é submetida a temperaturas acima de 80 ºC. Isso faz com que a dupla hélice do DNA forme duas fitas separadas. Este processo é conhecido como desnaturação.

A temperatura na qual 50% do DNA é desnaturado é conhecida como temperatura de fusão (Tm). As moléculas de DNA cuja proporção de guanina e citosina é maior do que a de timina e adenina têm valores de Tm mais elevados do que aquelas cuja proporção de base é inversa.

O descrito acima constitui a prova experimental de que um maior número de ligações de hidrogênio estabilizam melhor as moléculas de DNA nativas.

Papel das regiões ricas em citosina no DNA

Recentemente, foi descoberto que o DNA do núcleo de células humanas pode adotar estruturas de motivos intercalados (iM). Essas estruturas ocorrem em regiões ricas em citosina.

A estrutura iM consiste em quatro fitas de DNA, ao contrário do DNA clássico de fita dupla, que possui duas fitas. Mais especificamente, duas cadeias duplex paralelas são intercaladas em uma orientação antiparalela e são mantidas juntas por um par de citosinas hemiprotonadas (C: C⁺).

No genoma humano, as estruturas iM são encontradas em regiões como promotores e telômeros. O número de estruturas iM é maior durante a fase G1 / S do ciclo celular, em que a transcrição é alta. Essas regiões são locais de reconhecimento de proteínas envolvidas na ativação da maquinaria transcricional.

Por outro lado, nas regiões ricas em pares de bases consecutivas de guanina (C), o DNA tende a adotar a forma de hélice A, em condições desidratantes. Esta forma é típica das bandas duplas de RNA e DNA-RNA durante a transcrição e replicação, e em certos momentos quando o DNA está ligado a proteínas.

Foi demonstrado que as regiões de base consecutivas da citosina criam um patch eletropositivo na fenda principal do DNA. Assim, acredita-se que essas regiões se liguem a proteínas, predispondo certas regiões genômicas à fragilidade genética.

Papel na biossíntese de RNA

Durante a transcrição, a informação contida no DNA é copiada para o RNA por uma RNA polimerase. A biossíntese de RNA requer trifosfato de nucleosídeo (NTP), a saber: trifosfato de citidina (CTP), trifosfato de uridina (UTP), 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 glicoproteínas

A transferência sequencial de hexoses para formar oligossacarídeos, ligados em O a proteínas, ocorre a partir de precursores de nucleotídeos.

Em vertebrados, a última etapa da biossíntese de oligossacarídeos ligados em O consiste na adição de dois resíduos de ácido siálico (N-acetilneuramínico) de um precursor de citidina-5'-monofosfato (CMP). Esta reação ocorre no saco trans de Golgi.

Tratamentos quimioterápicos de citosina e câncer

O ácido tetrahidrofolato (FH4) é uma fonte de grupos -CH₃, e é necessário para a biossíntese de dTMP a partir de dUMP. Além disso, o FH2 é formado. A redução de FH2 a FH4 requer uma redutase de folato e NADPH. Alguns inibidores da folato redutase, como a aminopterina e o metotrexato, são usados no tratamento do câncer.

Metotrexan é um inibidor competitivo. A folato redutase liga-se com 100 vezes mais afinidade a este inibidor do que ao seu substrato. Aminopterina funciona de maneira semelhante.

A inibição da folato redutase dificulta indiretamente a biossíntese de dTMP e, portanto, de dCTP. A inibição direta ocorre por inibidores da enzima timidilato sintetase, que catalisa o dTMP do dUMP. Esses inibidores são 5-fluorouracil e 5-fluoro-2-desoxiuridina.

Por exemplo, o 5-fluoroacil não é ele próprio um inibidor, mas é primeiro convertido, na via de reciclagem, em desoxiuridina mphosfato d (FdUMP), que se liga e inibe a timidilato sintetase.

Substâncias análogas à glutamina, azaserina e acivicina inibem a glutamina amidotransferase. Azarin foi uma das primeiras substâncias descobertas a agir como um inativador de suicídio.

Referências

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