사이토 신 : 구조, 기능, 특성, 합성 - 생물학 - 2026

시토신은 시티 딘 -5'- 모노 포스페이트 및 데 옥시 시티 딘 5'- 모노 포스페이트의 생합성에 속한 피리 미딘 뉴 클레오 타입이다. 이들 화합물은 각각 데 옥시 리보 핵산 (DNA) 및 리보 핵산 (RNA)의 생합성에 사용됩니다. DNA는 유전 정보를 저장하고 RNA는 다양한 기능을 가지고 있습니다.

생물체에서 시토신은 자유롭지 않지만 일반적으로 리보 뉴클레오타이드 또는 데 옥시 리보 뉴클레오타이드를 형성합니다. 두 종류의 화합물 모두 인산기, 리보스 및 질소 염기를 가지고 있습니다.

출처 : Vesprcom

리보스의 탄소 2는 리보 뉴클레오타이드에 하이드 록 실기 (-OH)를 갖고 데 옥시 리보 뉴클레오타이드에 수소 원자 (-H)를 갖는다. 존재하는 포스페이트 그룹의 수에 따라 시티 딘 -5'- 모노 포스페이트 (CMP), 시티 딘 -5'- 다이 포스페이트 (CDP) 및 시티 딘 -5'- 트리 포스페이트 (CTP)가 있습니다.

탈산 소화 등가물은 deoxycytidin-5'-monophosphate (dCMP), deoxycytidin-5'-diphosphate (dCDP) 및 deoxycytidine-5'-triphosphate (dCTP)라고합니다.

Cytosine은 다양한 형태로 DNA 및 RNA 생합성, 당 단백질 생합성, 유전자 발현 조절과 같은 다양한 기능에 참여합니다.

구조 및 특성

시토신, 4- 아미노 -2- 하이드 록시 피리는 실험식 갖는 C ₄ H ₅ N ₃ 그의 분자량 g / 몰이다 O 111.10을, 흰색 분말로서 정제한다.

시토신의 구조는 평면 방향족 복 소환 고리입니다. 최대 흡광도 (ʎ _max ) 의 파장은 260nm입니다. 시토신의 녹는 점은 300ºC를 초과합니다.

뉴클레오타이드를 형성하기 위해, 사이토 신은 질소 1을 통해 N- 베타-글리코 시드 결합을 통해 리보스의 1 '탄소에 공유 결합된다. 5 '탄소는 인산기로 에스테르 화된다.

생합성

피리 미딘의 뉴클레오타이드 생합성은 6 개의 효소 촉매 단계로 구성된 공통 경로를 가지고 있습니다. 경로는 carbamoyl phosphate 생합성으로 시작됩니다. 원핵 생물에는 단 하나의 효소, 즉 카르 바 모일 인산 합성 효소가 있습니다. 이것은 피리 미딘과 글루타민의 합성을 담당합니다. 진핵 생물에는 글루타민과 피리 미딘의 생합성을 담당하는 carbamoyl phosphate synthase I과 II가 있습니다.

두 번째 단계는 아스 파르 테이트 트랜스 카바 모일 라제 (ATCase)에 의해 촉매되는 반응 인 카보 일 포스페이트와 아스 파르 테이트로부터 N- 카바 모일 라스 파르 테이트의 형성으로 구성됩니다.

세 번째 단계는 L-dihydrorotate의 합성으로 피리 미딘 고리를 닫습니다. 이 단계는 dihydrootase에 의해 촉매됩니다.

네 번째 단계는 dihydroorotate dehydrogenase에 의해 촉매되는 산화 환원 반응 인 orotate의 형성입니다.

다섯 번째 단계는 포스 포리보실 피로 포스페이트 (PRPP)를 기질로 사용하고 오 로테이트 포스 포리보실 트랜스퍼 라제를 촉매로 사용하는 오 로티 딜레이 트 (OMP)의 형성으로 구성됩니다.

여섯 번째 단계는 OMP- 탈 카르 복실 라제에 의해 촉매되는 반응 인 우리 딜레이 트 (uridin-5'-monophosphate, UMP)의 형성입니다.

다음 단계는 UTP를 형성하기위한 UMP의 키나아제 촉매 인산화와 글루타민에서 UTP로 아미노기를 전달하여 CTP 합성 효소에 의해 촉매되는 반응 인 CTP를 형성하는 것입니다.

생합성 조절

포유류에서 조절은 세포질에서 발견되는 효소 인 carbamoyl phosphate synthase II 수준에서 발생하는 반면 carbamoyl phosphate synthase I는 미토콘드리아입니다.

Carbamoyl phosphate synthase II는 부정적인 피드백에 의해 조절됩니다. 그 조절자인 UTP와 PRPP는 각각이 효소의 억제제이자 활성화 제입니다.

비간 조직에서 carbamoyl phosphate synthase II는 carbamoyl phosphate의 유일한 공급원입니다. 간에서 과량의 암모니아 상태에서 carbamoyl phosphate synthase I은 미토콘드리아에서 carbamoyl phosphate를 생성합니다.

또 다른 조절 지점은 경쟁적 억제에 의해 조절되는 OMP- 탈 탄산 효소입니다. 반응 생성물 인 UMP는 OMP- 탈 탄산 효소의 결합 부위에 대해 OMP와 경쟁합니다.

시토신과 같은 피리 미딘은 재활용됩니다.

피리 미딘의 재활용은 새로운 생합성없이 피리 미딘을 재사용하고 분해 경로를 피하는 기능을 가지고 있습니다. 재활용 반응은 피리 미미 딘 포스 포리보실 트랜스퍼 라제에 의해 촉매됩니다. 일반적인 반응은 다음과 같습니다.

피리 미딘 + PRPP-> 피리 미딘 뉴 클레오 시드 5'- 모노 포스페이트 + PPi

척추 동물에서 피리 미미 딘 포스 포리보실 트랜스퍼 라제는 적혈구에서 발견됩니다. 이 효소의 기질 피리 미딘은 우라실, 티민 및 오 로테이트입니다. 시토신은 우리 딘 -5'- 모노 포스페이트에서 간접적으로 재활용됩니다.

DNA 생합성에서의 역할

DNA 복제 과정에서 DNA에 포함 된 정보는 DNA 중합 효소에 의해 DNA로 복사됩니다.

RNA 생합성에는 deoxynucleotide triphosphate (dNTP), 즉 deoxythymidine triphosphate (dTTP), deoxycytidine triphosphate (dCTP), deoxyadenine triphosphate (dATP) 및 deoxyguanine triphosphate (dGTP)가 필요합니다. 반응은 다음과 같습니다.

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

무기 피로 인산염 (PPi)의 가수 분해는 RNA 생합성을위한 에너지를 제공합니다.

DNA 구조 안정화 역할

DNA 이중 나선에서 한 가닥 퓨린은 수소 결합에 의해 반대 가닥 피리 미딘에 연결됩니다. 따라서 시토신은 항상 세 개의 수소 결합에 의해 구아닌에 연결됩니다. 아데닌은 두 개의 수소 결합에 의해 티민에 연결됩니다.

pH 7에서 정제 된 천연 DNA 용액이 80ºC 이상의 온도에 노출되면 수소 결합이 끊어집니다. 이것은 DNA 이중 나선이 두 개의 분리 된 가닥을 형성하게합니다. 이 과정을 변성이라고합니다.

DNA의 50 %가 변성되는 온도를 용융 온도 (Tm)라고합니다. 구아닌과 시토신의 비율이 티민과 아데닌의 비율보다 높은 DNA 분자는 염기 비율이 역인 것보다 Tm 값이 더 높습니다.

위에서 설명한 것은 더 많은 수의 수소 결합이 네이티브 DNA 분자를 더 잘 안정화한다는 실험적 증거를 구성합니다.

DNA에서 시토신이 풍부한 영역의 기능

최근에는 인간 세포핵의 DNA가 산재 모티프 (iM) 구조를 채택 할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 구조는 시토신이 풍부한 영역에서 발생합니다.

iM 구조는 두 가닥으로 구성된 고전적인 이중 가닥 DNA와 달리 네 가닥의 DNA로 구성됩니다. 보다 구체적으로, 두 개의 병렬 이중 사슬이 역 평행 배향으로 산재되어 있으며 한 쌍의 반양성자 화 된 시토신 (C : C ⁺ )에 의해 함께 유지됩니다 .

인간 게놈에서 iM 구조는 프로모터 및 텔로미어와 같은 영역에서 발견됩니다. iM 구조의 수는 전사가 높은 세포주기의 G1 / S 단계에서 더 높습니다. 이 영역은 전사 기계의 활성화와 관련된 단백질 인식 부위입니다.

반면, 연속적인 구아닌 염기쌍 (C)이 풍부한 영역에서는 DNA가 탈수 조건에서 A- 나선 형태를 채택하는 경향이 있습니다. 이 모양은 전사 및 복제 중에 그리고 DNA가 단백질에 결합되는 특정 시간에 RNA 및 DNA-RNA 이중 밴드의 전형입니다.

시토신의 연속적인 염기 영역은 DNA의 주요 틈새에 전기 양성 패치를 만드는 것으로 나타났습니다. 따라서 이러한 영역은 단백질에 결합하여 특정 게놈 영역을 유 전적으로 취약하게 만드는 것으로 믿어집니다.

RNA 생합성에서의 역할

전사 과정에서 DNA에 포함 된 정보는 RNA 중합 효소에 의해 RNA로 복사됩니다. RNA 생합성에는 뉴 클레오 사이드 삼인산 (NTP), 즉 시티 딘 삼인산 (CTP), 우리 딘 삼인산 (UTP), 아데닌 삼인산 (ATP) 및 구아닌 삼인산 (GTP)이 필요합니다. 반응은 다음과 같습니다.

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

무기 피로 인산염 (PPi)의 가수 분해는 RNA 생합성을위한 에너지를 제공합니다.

당 단백질 생합성에서의 역할

단백질에 O- 연결된 올리고당을 형성하기위한 육탄 당의 순차적 전달은 뉴클레오타이드 전구체에서 발생합니다.

척추 동물에서 O- 연결된 올리고당 생합성의 마지막 단계는 시티 딘 -5'- 모노 포스페이트 (CMP) 전구체로부터 두 개의 시알 산 잔기 (N- 아세틸 뉴 라민)를 추가하는 것으로 구성됩니다. 이 반응은 트랜스 골 지낭에서 발생합니다.

사이토 신 및 암 화학 요법 치료

테트라 하이드로 폴 레이트 산 (FH4)은 -CH ₃ 그룹의 공급원이며 dUMP에서 dTMP의 생합성에 필요합니다. 또한 FH2가 형성됩니다. FH2를 FH4로 환원하려면 엽산과 NADPH의 환원 효소가 필요합니다. aminopterin 및 methotrexate와 같은 일부 엽산 환원 효소 억제제는 암 치료에 사용됩니다.

Methotrexan은 경쟁 억제제입니다. 엽산 환원 효소는 기질보다이 억제제에 100 배 더 많은 친화 도로 결합합니다. Aminopterin은 비슷한 방식으로 작동합니다.

엽산 환원 효소의 억제는 dTMP의 생합성을 간접적으로 방해하므로 dCTP의 생합성을 방해합니다. 직접 억제는 dUMP에서 dTMP를 촉매하는 thymidylate synthetase 효소의 억제제에 의해 발생합니다. 이러한 억제제는 5- 플루오로 우라실 및 5- 플루오로 -2- 데 옥시 우리 딘입니다.

예를 들어, 5- 플루오로 아실은 그 자체가 억제제가 아니지만 먼저 재활용 경로에서 티미 딜레이 트 합성 효소에 결합하고이를 억제하는 데 옥시 우리 딘 m 포스페이트 d (FdUMP)로 전환됩니다.

글루타민, 아자 세린 및 아시 비신과 유사한 물질은 글루타민 아미도 트랜스퍼 라제를 억제합니다. Azarin은 자살 비활성화 제로 작용하는 것으로 밝혀진 최초의 물질 중 하나였습니다.

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