Inhoudsopgave
Definitie
zelfstandig naamwoord
plural: pyrimidines
py-rim-i-dine, py-rim-i-dine
Een heterocyclische aromatische verbinding die zich voordoet als een pyrimidine ring, en dient als component van nucleïnezuren (bijv. DNA en RNA), bepaalde eiwitten, zetmeel, enz.
Details
Overzicht
Een nucleobase is een stikstofbevattende verbinding die, wanneer gebonden aan een pentose suiker ribose of deoxyribose, nucleotide vormt. Nucleotide is de monomere eenheid van nucleïnezuren, zoals DNA en RNA. In tweestrengs nucleïnezuren, zoals DNA, zijn de nucleobasen paarsgewijs. De twee nucleobasen die complementair zijn, worden verbonden door een waterstofbrug. De nucleobasen kunnen worden ingedeeld in twee hoofdtypen: purinen en pyrimidinen.
Purinen vs. Pyrimidines
Hoewel zowel purines als pyrimidines heterocyclische aromatische verbindingen zijn, kunnen ze van elkaar worden onderscheiden op basis van de chemische structuur. Een purine heeft twee koolstofringen, terwijl een pyrimidine één koolstofring heeft. De purine heeft een pyrimidinering die versmolten is met een imidazoolring. Het pyrimidine heeft alleen een pyrimidine ring. De purine heeft dus vier stikstofatomen, terwijl de pyrimidine er twee heeft.
Pyrimidines omvatten cytosine, thymine en uracil, terwijl purines adenine en guanine omvatten. Deze vijf stikstofbasen worden beschouwd als primaire of canonieke basen, omdat zij de fundamentele eenheden van de genetische code zijn. De nucleobasen waaruit het nucleïnezuur is opgebouwd, worden gebruikt om DNA van RNA-moleculen te onderscheiden. In DNA paren thymine en adenine complementair, terwijl in RNA uracil en adenine complementair zijn. Thymine verschilt van uracil doordat het een methylgroep heeft, die uracil ontbeert. De paren van nucleobasen C-G en A-T (of A-U in RNA) worden basecomplementen genoemd.
Eigenschappen van pyrimidines
Pyrimidine is een heterocyclische aromatische organische verbinding met een chemische formule van C4H4N2. Het heeft een enkele ring (een pyrimidine ring genoemd) met afwisselend koolstof- en stikstofatomen. De molaire massa van pyrimidine is 80,088 g/mol en het smeltpunt ligt bij 20-22 °C.
Cytosine, thymine, en uracil
Cytosine, thymine, en uracil zijn pyrimidine nucleobasen. Cytosine onderscheidt zich van de andere pyrimidines doordat het een ketogroep op positie 2 en een aminegroep op positie 4 heeft in zijn heterocyclische aromatische ring. Het heeft een chemische formule van C4H5N3O. In DNA en RNA vormt cytosine samen met guanine drie waterstofbruggen. Gefosforyleerd met drie fosforzuurgroepen worden zij cytidinetrifosfaat (CTP) en desoxycytidinetrifosfaat (dCTP), de nucleotiden waaruit respectievelijk RNA- en DNA-moleculen worden opgebouwd. Een cytidinetrifosfaat is een nucleotide dat deel uitmaakt van DNA of RNA. Het kan ook dienen als co-factor voor enzymen. Het kan zijn fosfaat overdragen om ADP om te zetten in ATP.
Thymine heeft een chemische formule van C5H6N2O2. Het heeft twee keto groepen op positie 2 en 4, en een methylgroep op positie 5 in zijn heterocyclische aromatische ring. Thymine complementaire base paart met adenine door twee waterstofbruggen. Maar in tegenstelling tot cytosine, dat zowel in DNA als in RNA aanwezig is, is thymine alleen aanwezig in de DNA-molecule omdat het in RNA wordt vervangen door uracil. Thymine dat is gebonden aan een deoxyribose (een pentose suiker) wordt deoxythymidine (of thymidine) genoemd. Gefosforyleerd met drie fosforzuurgroepen wordt het desoxythymidine desoxythymidinetrifosfaat (dTTP), dat een van de monomere nucleotide-eenheden is waaruit DNA is opgebouwd.
Uracil is qua structuur vergelijkbaar met thymine, behalve de methylgroep op positie 5 in de heterocyclische aromatische ring die in thymine aanwezig is. Het heeft een chemische formule van C4H4N2O2. Bij complementaire basenparen paart uracil met adenine. In het algemeen komt uracil voor in RNA, niet in DNA. In plaats van uracil heeft DNA thymine dat paart met adenine. Een van de mogelijke verklaringen waarom DNA thymine heeft in plaats van uracil, houdt verband met de omzetting van cytosine in uracil door spontane deaminatie. Cytosine kan in uracil veranderen wanneer het zijn aminegroep verliest. Deze deaminatie van cytosine is een veel voorkomend verschijnsel. De fout wordt echter gecorrigeerd door een inherent DNA-reparatiesysteem. Maar als het niet wordt hersteld, kan het tot een puntmutatie leiden. Als er uracil in het DNA aanwezig is, is het mogelijk dat het herstelsysteem niet in staat is het oorspronkelijke uracil te onderscheiden van het cytosine-omgekeerde-uracil, en dus niet kan onderscheiden welk uracil moet worden gecorrigeerd. De aanwezigheid van een methylgroep in thymine (die in uracil afwezig is) helpt voorkomen dat dit gebeurt, waardoor de integriteit en stabiliteit van de genetische code behouden blijven. Uracil dat is gebonden aan een deoxyribose (een pentose suiker) wordt uridine genoemd. Gefosforyleerd met drie fosforzuurgroepen wordt uridine tri-fosfaat (UTP), dat een van de monomere nucleotide-eenheden is waaruit RNA is opgebouwd.
Gemeenschappelijke biologische reacties
Gemeenschappelijke biologische reacties
In de biosynthese van pyrimidine wordt de ring gevormd door een reeks stappen die begint bij de vorming van carbamoylfosfaat. Eerst wordt carbamoylfosfaat geproduceerd uit een biochemische reactie waarbij bicarbonaat, glutamine, ATP (voor de fosforylering), en een watermolecuul betrokken zijn. Het enzym dat deze reactie katalyseert is carbamoylfosfaatsynthetase II, dat zich in het cytosol bevindt. Vervolgens wordt het carbamoylfosfaat omgezet in carbamoylaspartaat door het enzym aspartaattranscarbamylase. Vervolgens sluit de ring zich door intramoleculaire condensatie, waarbij carbamoylfosfaat wordt omgezet in dihydroorotaat door het enzym dihydroorotase. Ten slotte wordt het dihydroorotaat geoxideerd door dihydroorotaatdehydrogenase (een integraal membraaneiwit in het binnenste mitochondriale membraan) omgevormd tot orotaat. Als gevolg hiervan is C2 van de pyrimidine ring afkomstig van het bicarbonaat ion (HCO3-), N3 van glutamine, en de rest van de atomen in de ringen zijn afkomstig van aspartaat. Nadat de pyrimidinering is gevormd, reageert 5-fosfo-α-D-ribosyl-1-pyrofosfaat (PRPP), een ribosefosfaat, met orotaat tot orotidine-5-monofosfaat (OMP). OMP wordt vervolgens gedecarboxyleerd door het enzym OMP-decarboxylase om uridinemonofosfaat (UMP) te verkrijgen. Uiteindelijk worden uidinedifosfaat (UDP) en uidinetrifosfaat (UTP) geproduceerd langs de biosyntheseweg door kinasen en de defosforylering van ATP’s. UTP kan worden omgezet in cytidinetrifosfaat (CTP) door aminering van UTP via het enzym CTP-synthetase.1
Pyrimidinebiosynthese verschilt van purinebiosynthese in die zin dat purines eerst als nucleotide worden gesynthetiseerd, terwijl pyrimidines aanvankelijk als vrije base worden gevormd. Bij de mens worden pyrimidines in verschillende weefsels gesynthetiseerd, vooral in de milt, de zwezerik en het maagdarmkanaal.
Gemeenschappelijke biologische reacties
Pyrimidines die worden afgebroken, kunnen worden gerecycleerd via een salvage pathway. Nucleobasen worden teruggewonnen voor hergebruik na afbraak van RNA en DNA. Pyrimidine salvage pathways zijn als volgt:
- Cytosine wordt omgezet in uracil door deaminatie. Door middel van uridinefosforylase wordt uracil omgezet in uridine door een reactie met ribose-1-fosfaat. Door het enzym nucleosidekinase wordt ureidine omgezet in ureidinemonofosfaat (UMP).
- Thymidine wordt omgezet in thymidine door een reactie met deoxyribose-1-fosfaat en door het enzym thymidinefosforylase. Thymidine wordt vervolgens omgezet in thymidinemonofosfaat door het enzym nucleosidekinase.
Biologische functie
Pyrimidines als een van de nucleobasen zijn belangrijke structurele componenten van nucleïnezuren. Nucleïnezuren zoals DNA- en RNA-moleculen bevatten de genetische informatie die van belang is voor alle cellulaire functies en de erfelijkheid. Naast de nucleïnezuren zijn nucleobasen ook belangrijke bestanddelen van bepaalde eiwitten en zetmelen. Zij fungeren dus niet alleen als structurele bestanddelen van DNA en RNA, maar zijn ook betrokken bij de regulering van enzymen en celsignalering.
Aanvullend
IUPAC
- 1,3-Diazine
- m-Diazine
Chemische formule
Afgeleide term(en)
- Pyrimidine fosforibosyltransferase
- Pyrimidine transferase
Verdere lectuur
Vergelijk
- purine