- 構造と特性
- 生合成
- 生合成の調節
- シトシンのようなピリミジンはリサイクルされます
- DNA生合成における役割
- DNAの構造を安定させる役割
- DNAのシトシンに富む領域の機能
- RNA生合成における役割
- 糖タンパク質生合成における役割
- シトシンと癌の化学療法治療
- 参考文献
シトシンはシチジン-5'-一リン酸およびデオキシシチジン5'-一リン酸の生合成に役立つ、ピリミジン核酸塩基型です。これらの化合物は、それぞれデオキシリボ核酸（DNA）とリボ核酸（RNA）の生合成に使用されます。DNAは遺伝情報を保存し、RNAは様々な機能を持っています。
生物では、シトシンは遊離しているわけではありませんが、通常はリボヌクレオチドまたはデオキシリボヌクレオチドを形成します。どちらのタイプの化合物にも、リン酸基、リボース、および窒素塩基があります。
出典：Vesprcom
リボースの炭素2は、リボヌクレオチドにヒドロキシル基（-OH）があり、デオキシリボヌクレオチドに水素原子（-H）があります。存在するリン酸基の数に応じて、シチジン-5'-一リン酸（CMP）、シチジン-5'-二リン酸（CDP）およびシチジン-5'-三リン酸（CTP）があります。
脱酸素化された同等物は、デオキシシチジン-5'-一リン酸（dCMP）、デオキシシチジン-5'-二リン酸（dCDP）、およびデオキシシチジン-5'-三リン酸（dCTP）と呼ばれます。
シトシンは、さまざまな形態で、DNAおよびRNAの生合成、糖タンパク質の生合成、遺伝子発現の調節など、さまざまな機能に関与しています。
構造と特性
シトシン、4-アミノ-2-ヒドロキシピリミジンは、実験式がC 4 H 5 N 3 Oで、分子量は111.10 g / molで、白色粉末として精製されます。
シトシンの構造は、平面芳香族複素環です。最大吸光度（ʎの波長maxは）260 nmです。シトシンの融解温度は300℃を超えます。
ヌクレオチドを形成するために、シトシンは、窒素1を介して、N-ベータ-グリコシド結合を介してリボースの1 '炭素に共有結合します。5 '炭素はリン酸基でエステル化されています。
生合成
ピリミジンのヌクレオチド生合成には、6つの酵素触媒ステップからなる共通の経路があります。経路は、リン酸カルバモイル生合成で始まります。原核生物にはたった1つの酵素があります：カルバモイルリン酸シンターゼ。これは、ピリミジンとグルタミンの合成に関与しています。真核生物には、それぞれグルタミンとピリミジンの生合成に関与するカルバモイルリン酸シンターゼIとIIがあります。
2番目のステップは、リン酸カルボイルとアスパラギン酸からのN-カルバモイルアスパラギン酸の形成、アスパラギン酸トランスカバモイラーゼ（ATCase）によって触媒される反応で構成されます。
3番目のステップは、ピリミジン環の閉鎖を引き起こすL-ジヒドロローテートの合成です。このステップは、ジヒドロオターゼによって触媒されます。
4番目のステップは、ジヒドロオロト酸デヒドロゲナーゼによって触媒されるレドックス反応であるオロト酸の形成です。
5番目のステップは、基質としてホスホリボシルピロリン酸（PRPP）を、触媒としてオロチン酸ホスホリボシルトランスフェラーゼを使用して、オロチジル酸（OMP）を形成することから成ります。
6番目のステップは、OMP-デカルボキシラーゼによって触媒される反応であるウリジル酸（ウリジン-5'-一リン酸、UMP）の形成です。
次のステップは、UTPを形成するためのUMPのキナーゼ触媒リン酸化、およびCTPを形成するためのグルタミンからUTPへのアミノ基の転移、CTPシンセターゼによって触媒される反応から成る。
生合成の調節
哺乳動物では、細胞質ゾルに見られる酵素であるカルバモイルリン酸シンターゼIIのレベルで調節が行われますが、カルバモイルリン酸シンターゼIはミトコンドリアです。
カルバモイルリン酸シンターゼIIは、負のフィードバックによって調節されています。そのレギュレーターであるUTPとPRPPは、それぞれこの酵素の阻害剤と活性剤です。
非肝組織では、リン酸カルバモイルシンターゼIIがリン酸カルバモイルの唯一の供給源です。肝臓にいる間、過剰なアンモニアの条件下で、カルバモイルリン酸シンターゼIはミトコンドリアでリン酸カルバモイルを生成し、これは細胞質ゾルに輸送され、そこからピリミジン生合成経路に入ります。
調節のもう1つのポイントは、競合阻害によって調節されるOMP-デカルボキシラーゼです。その反応生成物であるUMPは、OMP-デカルボキシラーゼの結合部位についてOMPと競合します。
シトシンのようなピリミジンはリサイクルされます
ピリミジンのリサイクルには、新規生合成を必要とせずにピリミジンを再利用し、分解経路を回避する機能があります。リサイクル反応は、ピリミジンホスホリボシルトランスフェラーゼによって触媒されます。一般的な反応は次のとおりです。
ピリミジン+ PRPP->ピリミジンヌクレオシド5'-一リン酸+ PPi
脊椎動物では、ピリミミジンホスホリボシルトランスフェラーゼが赤血球に見られます。この酵素の基質ピリミジンは、ウラシル、チミン、オロチン酸です。シトシンは、ウリジン-5'-一リン酸から間接的にリサイクルされます。
DNA生合成における役割
DNA複製中、DNAに含まれる情報は、DNAポリメラーゼによってDNAにコピーされます。
RNAの生合成には、デオキシヌクレオチド三リン酸（dNTP）が必要です。反応は次のとおりです。
（DNA）n残基 + dNTP->（DNA）n + 1残基+ PPi
無機ピロリン酸塩（PPi）の加水分解は、RNA生合成にエネルギーを提供します。
DNAの構造を安定させる役割
DNAの二重らせんでは、一本鎖のプリンが反対側の鎖のピリミジンに水素結合によってリンクされます。したがって、シトシンは常に3つの水素結合によってグアニンにリンクされています。アデニンは2つの水素結合によってチミンにリンクされています。
水素結合は、pH 7の精製されたネイティブDNAの溶液が80℃を超える温度に曝されると切断されます。これにより、DNA二重らせんが2つの別々の鎖を形成します。このプロセスは変性と呼ばれます。
DNAの50％が変性する温度は、融解温度（Tm）として知られています。グアニンとシトシンの比率がチミンとアデニンの比率より高いDNA分子は、基本比率が逆であるものよりも高いTm値を持っています。
上記のことは、より多くの水素結合が天然のDNA分子をより安定化するという実験的証拠を構成します。
DNAのシトシンに富む領域の機能
最近、人間の細胞の核からのDNAが散在モチーフ（iM）構造を採用できることが発見されました。これらの構造は、シトシンが豊富な領域で発生します。
iM構造は、2本の鎖を持つ従来の二本鎖DNAとは異なり、4本のDNA鎖で構成されています。より具体的には、2つの平行な二重鎖が逆平行の方向に散在しており、半プロトン化シトシンのペア（C：C +）によって結合されています。
ヒトゲノムでは、プロモーターやテロメアなどの領域にiM構造が見られます。iM構造の数は、転写が高い細胞周期のG1 / S期に多くなります。これらの領域は、転写機構の活性化に関与するタンパク質認識部位です。
一方、グアニン塩基対が連続する領域（C）では、脱水条件下でDNAがAヘリックス形状をとる傾向があります。この形状は、転写および複製中、およびDNAがタンパク質に結合している特定の時間に、RNAおよびDNA-RNAの二重バンドに典型的です。
シトシンの連続したベース領域は、DNAの主要な裂け目に電気陽性パッチを作成することが示されています。したがって、これらの領域はタンパク質に結合すると考えられており、特定のゲノム領域が遺伝的脆弱性の素因となります。
RNA生合成における役割
転写中に、DNAに含まれる情報は、RNAポリメラーゼによってRNAにコピーされます。RNA生合成には、ヌクレオシド三リン酸（NTP）が必要です。つまり、シチジン三リン酸（CTP）、ウリジン三リン酸（UTP）、アデニン三リン酸（ATP）、グアニン三リン酸（GTP）です。反応は次のとおりです。
（RNA）n残基 + NTP->（RNA）n + 1残基+ PPi
無機ピロリン酸塩（PPi）の加水分解は、RNA生合成にエネルギーを提供します。
糖タンパク質生合成における役割
ヘキソースの順次転移は、タンパク質にO結合したオリゴ糖を形成し、ヌクレオチド前駆体から発生します。
脊椎動物では、O結合型オリゴ糖生合成の最後のステップは、シチジン-5'-一リン酸（CMP）前駆体からの2つのシアル酸残基（N-アセチルノイラミン酸）の付加で構成されます。この反応は、トランスゴルジ嚢で発生します。
シトシンと癌の化学療法治療
テトラヒドロ葉酸（FH4）は-CH 3基の供給源であり、dUMPからのdTMPの生合成に必要です。さらに、FH2が形成されます。FH2からFH4への還元には、葉酸とNADPHの還元酵素が必要です。アミノプテリンやメトトレキサートなど、いくつかの葉酸還元酵素阻害剤は、がんの治療に使用されます。
メトトレキサンは競合阻害剤です。葉酸レダクターゼは、基質よりもこの阻害剤に100倍の親和性で結合します。アミノプテリンも同様の働きをします。
葉酸レダクターゼの阻害は間接的にdTMPの生合成を妨げ、したがってdCTPの生合成を妨げます。直接阻害は、dUMPからのdTMPを触媒するチミジル酸シンテターゼ酵素の阻害剤によって発生します。これらの阻害剤は5-フルオロウラシルと5-フルオロ-2-デオキシウリジンです。
例えば、5-フルオロアシル自体は阻害剤ではありませんが、リサイクル経路で、最初にチミジル酸シンテターゼに結合して阻害するデオキシウリジンリン酸d（FdUMP）に変換されます。
グルタミン、アザセリン、アシビシンに類似した物質は、グルタミンアミドトランスフェラーゼを阻害します。アザリンは自殺不活性化因子として作用することが発見された最初の物質の1つでした。
参考文献
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