Tabella del contenuto
Definizione
nome
plurale: pirimidine
py-rim-i-dine, py-rim-i-dine
Un composto aromatico eterociclico che si presenta come un anello pirimidinico, e serve come componente degli acidi nucleici (es. DNA e RNA), alcune proteine, amidi, ecc.
Dettagli
Panoramica
Una nucleobase è un composto contenente azotoche quando è attaccato ad uno zucchero pentoso ribosio o desossiribosio forma il nucleotide. Il nucleotide è l’unità monomerica degli acidi nucleici, come il DNA e l’RNA. Negli acidi nucleici a due filamenti come il DNA, le nucleobasi sono accoppiate. Le due nucleobasi che sono complementari sono collegate da un legame idrogeno. Le nucleobasi possono essere raggruppate in due tipi principali: purine e pirimidine.
Purine vs. Pirimidine
Sebbene sia le purine che le pirimidine siano composti aromatici eterociclici, possono essere diverse l’una dall’altra in base alla struttura chimica. Una purina ha due anelli di carbonio mentre una pirimidina ha un anello di carbonio. La purina ha un anello pirimidinico fuso a un anello imidazolico. La pirimidina ha solo un anello pirimidinico. Così, la purina ha quattro atomi di azoto mentre la pirimidina ne ha due.
Le pirimidine comprendono la citosina, la timina e l’uracile mentre le purine comprendono l’adenina e la guanina. Queste cinque basi azotate sono considerate primarie o canoniche poiché sono le unità fondamentali del codice genetico. Le nucleobasi che compongono l’acido nucleico servono a distinguere le molecole di DNA da quelle di RNA. Nel DNA, la timina si accoppia in modo complementare all’adenina, mentre nell’RNA l’uracile si accoppia all’adenina. La timina differisce dall’uracile per avere un gruppo metile, che manca all’uracile. Gli accoppiamenti delle nucleobasi C-G e A-T (o A-U nell’RNA) sono chiamati complementi di base.
Proprietà delle pirimidine
La pirimidina è un composto organico aromatico eterociclico con una formula chimica di C4H4N2. Ha un singolo anello (chiamato anello pirimidinico) con atomi di carbonio e azoto alternati. La massa molare della pirimidina è 80,088 g/mol e il suo punto di fusione è a 20-22 °C.
Citosina, Timina e Uracile
Citosina, timina e uracile sono nucleobasi pirimidiniche. La citosina può essere distinta dalle altre pirimidine per avere un gruppo cheto in posizione 2 e un gruppo amminico in posizione 4 nel suo anello aromatico eterociclico. Ha una formula chimica di C4H5N3O. Nel DNA e nell’RNA, la citosina si accoppia con la guanina formando tre legami idrogeno. Quando vengono fosforilati con tre gruppi di acido fosforico, diventano trifosfato di citidina (CTP) e trifosfato di desossicitidina (dCTP), che sono nucleotidi che costruiscono le molecole di RNA e DNA, rispettivamente. Il trifosfato di citidina è un nucleotide che fa parte del DNA o dell’RNA. Può anche servire come cofattore di enzimi. Può trasferire il suo fosfato per convertire ADP in ATP.
La timina ha una formula chimica di C5H6N2O2. Ha due gruppi cheto nelle posizioni 2 e 4, e un gruppo metile in posizione 5 nel suo anello aromatico eterociclico. La timina è una base complementare che si accoppia con l’adenina tramite due legami a idrogeno. Tuttavia, a differenza della citosina che è presente sia nel DNA che nell’RNA, la timina è presente solo nella molecola del DNA perché è sostituita dall’uracile nell’RNA. La timina che è attaccata a un deossiribosio (uno zucchero pentoso) è chiamata deossitimidina (o timidina). Quando viene fosforilata con tre gruppi di acido fosforico, la deossitimidina diventa trifosfato di deossitimidina (dTTP), che è una delle unità nucleotidiche monomeriche che costituiscono il DNA.
L’uracile è simile alla timina in termini di struttura, tranne il gruppo metile in posizione 5 nell’anello aromatico eterociclico presente nella timina. Ha una formula chimica di C4H4N2O2. Nell’accoppiamento di basi complementari, l’uracile si accoppia con l’adenina. In generale, l’uracile si trova nell’RNA, non nel DNA. Invece dell’uracile, il DNA ha la timina che si accoppia con l’adenina. Una delle possibili spiegazioni del perché il DNA ha timina invece di uracile è associata alla conversione della citosina in uracile per deaminazione spontanea. La citosina può trasformarsi in uracile quando perde il suo gruppo amminico. Questa deaminazione della citosina è un evento comune. Tuttavia, l’errore viene corretto attraverso un sistema di riparazione del DNA intrinseco. Se non viene riparato, però, potrebbe portare a una mutazione puntiforme. Se l’uracile è presente nel DNA, i sistemi di riparazione potrebbero non essere in grado di distinguere l’uracile originale dalla citosina trasformata in uracile e quindi potrebbero non riuscire a discernere quale uracile correggere. La presenza del gruppo metile nella timina (che è assente nell’uracile) aiuta a evitare che questo accada, preservando così l’integrità e la stabilità del codice genetico. L’uracile attaccato a un desossiribosio (uno zucchero pentoso) è chiamato uridina. Quando viene fosforilata con tre gruppi di acido fosforico, l’uridina diventa uridina trifosfato (UTP), che è una delle unità nucleotidiche monomeriche che costituiscono l’RNA.
Reazioni biologiche comuni
Reazioni biologiche comuni
Nella biosintesi delle pirimidine, l’anello si forma attraverso una serie di passi che inizia nella formazione del carbamoil fosfato. In primo luogo, il carbamoil fosfato è prodotto dalla reazione biochimica che coinvolge bicarbonato, glutammina, ATP (per la fosforilazione), e molecola d’acqua. L’enzima che catalizza la reazione è la carbamoil fosfato sintetasi II situata nel citosol. Successivamente, il carbamoil fosfato viene convertito in carbamoil aspartato dall’enzima aspartato transcarbamilasi. Poi, l’anello si chiude per condensazione intramolecolare, convertendo il carbamoil fosfato in diidroorotato dall’enzima diidroorotasi. Infine, il diidroorotato viene ossidato dalla diidroorotato deidrogenasi (una proteina integrale di membrana nella membrana mitocondriale interna) per convertirsi in orotato. Di conseguenza, C2 dell’anello pirimidinico proviene dallo ione bicarbonato (HCO3-), N3 proviene dalla glutammina, e il resto degli atomi negli anelli deriva dall’aspartato. Dopo la formazione dell’anello pirimidinico, il 5-fosfo-α-D-ribosil 1-pirofosfato (PRPP), un fosfato di ribosio, reagisce all’orotato per formare l’orotidina-5-monophosphate (OMP). L’OMP viene poi decarbossilato dall’enzima OMP decarbossilasi per produrre uridina monofosfato (UMP). Infine, il difosfato di uridina (UDP) e il trifosfato di uridina (UTP) sono prodotti lungo la via biosintetica dalle chinasi e dalla defosforilazione degli ATP. L’UTP può essere convertito in trifosfato di citidina (CTP) per amminazione dell’UTP attraverso l’enzima CTP sintetasi.1
La biosintesi delle pirimidine differisce dalla biosintesi delle purine in quanto le purine sono sintetizzate prima come nucleotide mentre le pirimidine si formano inizialmente come base libera. Negli esseri umani, le pirimidine sono sintetizzate in vari tessuti, specialmente nella milza, nel timo e nel tratto gastrointestinale.
Reazioni biologiche comuni
Le pirimidine che sono degradate possono essere riciclate da una via di recupero. Le nucleobasi sono recuperate per essere riutilizzate dopo la degradazione dell’RNA e del DNA. Le vie di recupero delle pirimidine sono le seguenti:
- La citosina è convertita in uracile per deaminazione. Attraverso l’uridina fosforilasi, l’uracile è convertito in uridina reagendo con il ribosio-1-fosfato. Attraverso l’enzima nucleoside chinasi, l’uridina viene convertita in uridina monofosfato (UMP).
- La timina viene convertita in timidina reagendo con il desossiribosio-1-fosfato e dall’enzima timidina fosforilasi. La timidina viene poi convertita in timidina monofosfato dall’enzima nucleoside chinasi.
Funzione biologica
Le pirimidine come una delle nucleobasi sono importanti componenti strutturali degli acidi nucleici. Gli acidi nucleici come le molecole di DNA e RNA contengono le informazioni genetiche importanti per tutte le funzioni cellulari e l’ereditarietà. Oltre agli acidi nucleici, le nucleobasi sono anche componenti importanti di alcune proteine e amidi. Quindi, le loro funzioni non sono solo quelle di servire come costituenti strutturali del DNA e dell’RNA, ma sono anche coinvolti nella regolazione degli enzimi e nella segnalazione cellulare.
Supplemento
IUPAC
- 1,3-Diazina
- m-Diazina
Formula chimica
Termini derivati
- Pirimidina fosforibosiltransferasi
- Pirimidina transferasi
Ulteriori letture
Confronta
- purina