- 结构与性能
- 生物合成
- 调节生物合成
- 嘧啶像胞嘧啶一样被回收
- 在DNA生物合成中的作用
- 在稳定DNA结构中的作用
- DNA中富含胞嘧啶的区域的功能
- 在RNA生物合成中的作用
- 在糖蛋白生物合成中的作用
- 胞嘧啶和癌症的化学疗法
- 参考文献
的胞嘧啶为嘧啶核碱基类型，服务于胞苷-5'-单磷酸和脱氧胞苷5'-单磷酸的生物合成。这些化合物分别用于脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）的生物合成。DNA存储遗传信息，而RNA具有多种功能。
在生物中，胞嘧啶不是游离的，而是通常形成核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸。两种类型的化合物均具有磷酸基，核糖和氮碱。
资料来源：Vesprcom
核糖的碳2在核糖核苷酸中具有羟基（-OH），在脱氧核糖核苷酸中具有氢原子（-H）。取决于存在的磷酸基团的数目，有胞苷-5'-单磷酸酯（CMP），胞苷-5'-二磷酸酯（CDP）和胞苷-5'-三磷酸酯（CTP）。
脱氧的等价物称为脱氧胞苷-5'-单磷酸（dCMP），脱氧胞苷-5'-二磷酸（dCDP）和脱氧胞苷-5'-三磷酸（dCTP）。
胞嘧啶以其各种形式参与不同的功能，例如DNA和RNA的生物合成，糖蛋白的生物合成以及基因表达的调节。
结构与性能
胞嘧啶4-氨基-2-羟基嘧啶具有经验式C 4 H 5 N 3 O，其分子量为111.10 g / mol，并纯化为白色粉末。
胞嘧啶的结构是平面的芳香杂环。最大吸光度（λmax）的波长为260 nm。胞嘧啶的熔化温度超过300ºC。
为了形成核苷酸，胞嘧啶通过氮1，经由N-β-糖苷键共价连接到核糖的1'碳上。5'碳被磷酸基酯化。
生物合成
嘧啶的核苷酸生物合成具有共同的途径，包括六个酶催化的步骤。该途径开始于氨基甲酸酯磷酸酯的生物合成。在原核生物中，只有一种酶：氨基甲酰磷酸合酶。这负责嘧啶和谷氨酰胺的合成。在真核生物中，有氨基甲酰磷酸合酶I和II，分别负责谷氨酰胺和嘧啶的生物合成。
第二步包括由磷酸氨基甲酸酯和天冬氨酸形成N-氨基甲酰基天冬氨酸，这是由天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）催化的反应。
第三步骤是合成L-二氢旋转酸酯，其导致嘧啶环的闭合。该步骤被二氢水解酶催化。
第四步是乳清酸盐的形成，乳清酸盐是由二氢乳清酸盐脱氢酶催化的氧化还原反应。
第五步包括使用焦磷酸磷酸核糖酯（PRPP）作为底物，乳清酸磷酸核糖基转移酶作为催化剂，形成牛磺酸酯（OMP）。
第六步是通过OMP脱羧酶催化的尿嘧啶盐（尿素5'-单磷酸盐，UMP）的形成。
下一步包括激酶催化的UMP磷酸化以形成UTP，以及氨基从谷氨酰胺向UTP的转移以形成CTP，这是CTP合成酶催化的反应。
调节生物合成
在哺乳动物中，调节发生在氨甲酰磷酸合酶II（一种在细胞质中发现的酶）的水平，而氨甲酰磷酸合酶I是线粒体。
氨基甲酸酯磷酸合酶II受负反馈调节。其调节剂UTP和PRPP分别是该酶的抑制剂和激活剂。
在非肝组织中，氨基甲酸酯磷酸合酶II是氨基甲酸酯磷酸的唯一来源。在肝脏中，在氨水过多的情况下，氨基甲酸酯磷酸合酶I在线粒体中产生磷酸氨基甲酸酯，磷酸氨基甲酸酯被转运到细胞质，然后从那里进入嘧啶生物合成途径。
调节的另一点是OMP-脱羧酶，其通过竞争性抑制来调节。它的反应产物UMP与OMP竞争OMP脱羧酶上的结合位点。
嘧啶像胞嘧啶一样被回收
嘧啶的再循环具有无需重新进行生物合成并避免降解途径而重复使用嘧啶的功能。循环反应由嘧啶亚磷酸核糖基转移酶催化。总体反应如下：
嘧啶+ PRPP->嘧啶核苷5'-单磷酸酯+ PPi
在脊椎动物中，在红细胞中发现了嘧啶亚胺磷酸核糖基转移酶。该酶的底物嘧啶为尿嘧啶，胸腺嘧啶和乳清酸盐。从尿苷5'-单磷酸酯间接回收胞嘧啶。
在DNA生物合成中的作用
在DNA复制过程中，DNA中包含的信息通过DNA聚合酶复制到DNA中。
RNA生物合成需要三磷酸脱氧核苷酸（dNTP），即：三磷酸脱氧胸苷（dTTP），三磷酸脱氧胞苷（dCTP），三磷酸脱氧腺嘌呤（dATP）和三磷酸脱氧鸟嘌呤（dGTP）。反应是：
（DNA）n个残基 + dNTP->（DNA）n + 1个残基+ PPi
无机焦磷酸盐（PPi）的水解为RNA生物合成提供了能量。
在稳定DNA结构中的作用
在DNA双螺旋结构中，单链嘌呤通过氢键与相反链嘧啶连接。因此，胞嘧啶总是通过三个氢键与鸟嘌呤相连：腺嘌呤通过两个氢键与胸腺嘧啶相连。
当纯天然DNA溶液（pH 7）经受80ºC以上的温度时，氢键断裂。这导致DNA双螺旋形成两条独立的链。此过程称为变性。
将50％的DNA变性的温度称为解链温度（Tm）。鸟嘌呤和胞嘧啶比率高于胸腺嘧啶和腺嘌呤比率的DNA分子比碱基比率倒数的DNA分子具有更高的Tm值。
上述内容构成了实验证明，即大量的氢键可更好地稳定天然DNA分子。
DNA中富含胞嘧啶的区域的功能
最近，发现来自人类细胞核的DNA可以采用散布的基序（iM）结构。这些结构发生在富含胞嘧啶的区域。
iM结构由4条DNA链组成，这不同于具有2条链的经典双链DNA。更具体地，两条平行的双链体以反平行的方向散布，并通过一对半质子化的胞嘧啶（C：C +）保持在一起。
在人类基因组中，iM结构存在于启动子和端粒等区域。在转录高的细胞周期的G1 / S期，iM结构的数目更高。这些区域是参与转录机制激活的蛋白质识别位点。
另一方面，在富含连续鸟嘌呤碱基对（C）的区域中，DNA在脱水条件下倾向于采用A-螺旋形式。这种形状在转录和复制过程中以及在DNA与蛋白质结合的某些时候是RNA和DNA-RNA双带的典型特征。
胞嘧啶的连续碱基区域已显示在DNA的主要裂隙中产生一个正电的斑块。因此，据信这些区域与蛋白质结合，使某些基因组区域易于遗传易碎。
在RNA生物合成中的作用
在转录过程中，DNA中包含的信息通过RNA聚合酶复制到RNA中。RNA生物合成需要三磷酸核苷（NTP），即：三磷酸胞苷（CTP），三磷酸尿苷（UTP），三磷酸腺嘌呤（ATP）和三磷酸鸟嘌呤（GTP）。反应是：
（RNA）n个残基 + NTP->（RNA）n + 1个残基+ PPi
无机焦磷酸盐（PPi）的水解为RNA生物合成提供了能量。
在糖蛋白生物合成中的作用
己糖的顺序转移形成寡糖，与蛋白质O相连，发生在核苷酸前体上。
在脊椎动物中，O-连接寡糖生物合成的最后一步是从胞苷5'-单磷酸酯（CMP）前体中添加两个唾液酸残基（N-乙酰神经氨酸）。该反应发生在反式高尔基囊中。
胞嘧啶和癌症的化学疗法
四氢叶酸（FH4）是-CH 3基团的来源，并且是从dUMP生物合成dTMP所必需的。另外，形成了FH2。将FH2还原为FH4需要叶酸和NADPH的还原酶。一些叶酸还原酶抑制剂，例如氨基蝶呤和氨甲蝶呤，被用于癌症治疗。
甲氨蝶呤是一种竞争性抑制剂。叶酸还原酶与该抑制剂的结合亲和力是其底物的100倍。氨基蝶呤以类似的方式起作用。
叶酸还原酶的抑制间接地阻碍了dTMP的生物合成，因此也阻碍了dCTP的生物合成。胸苷酸合成酶的抑制剂可直接抑制，该酶催化dUMP中的dTMP。这些抑制剂是5-氟尿嘧啶和5-氟-2-脱氧尿苷。
例如，5-氟酰基本身不是抑制剂，而是在再循环途径中首先转化为脱氧尿苷磷酸d（FdUMP），其结合并抑制胸苷酸合成酶。
与谷氨酰胺，氮杂嘌呤和阿西维汀类似的物质可抑制谷氨酰胺酰胺转移酶。Azarin是被发现可充当自杀灭活剂的首批物质之一。
参考文献
- 阿西，HA，加拉维斯，M.，冈萨雷斯，C.和达米，MJ2018。i-母体DNA：结构特征和对细胞生物学的意义。核酸研究，46：8038-8056。
- Bohinski，R.1991。生物化学。Addison-Wesley Iberoamericana，特拉华州威尔明顿。
- Devlin，TM2000。生物化学。社论Reverté，巴塞罗那。
- Lodish，H.，Berk，A.，Zipurski，SL，Matsudaria，P.，Baltimore，D.，Darnell，J.2003。细胞和分子生物学。社论Medica Panamericana，布宜诺斯艾利斯，波哥大，加拉加斯，马德里，墨西哥，圣保罗。
- 尼尔森（DL），考克斯（Cox），MM，2008年。莱宁格（Lehninger）–生物化学原理。WH Freeman，纽约。
- Voet，D。和Voet，J。2004。生物化学。美国John Wiley and Sons。