Cytydyna

Cytydyna należy do nukleozydów i składa się z zasady nukleinowej cytozyny i rybozy cukrowej. Tworzy parę zasad z guanozyną poprzez wiązania wodorowe. Odgrywa również kluczową rolę w metabolizmie pirymidyn.

Co to jest cytydyna?

Cytydyna jest nukleozydem składającym się z cytozyny i rybozy. Oprócz adeniny, guaniny i tyminy, w syntezie kwasów nukleinowych bierze udział zasada azotowa cytozyna. Fosforylacja cytydyny wytwarza monofosforan cytydyny (CMP), difosforan cytydyny (CDP) lub trifosforan cytydyny (CTP).

Monofosforan cytydyny jest nukleotydem w RNA. W strukturze kwasów nukleinowych biorą udział dwie zasady purynowe i dwie pirymidynowe, przy czym tymina w RNA jest wymieniana na uracyl. Adenina i guanina należą do zasad purynowych, a tymina, cytozyna i uracyl należą do zasad pirymidynowych. Dezaminaza cytydyny może deaminować cytydynę do urydyny. Urydyna jest nukleozydem wytwarzanym z rybozy i uracylu. Może być również fosforylowany do monofosforanu urydyny.

Monofosforan urydyny jest również ważnym nukleotydem dla RNA. Ponadto CDP i CTP są również grupami aktywującymi do syntezy lecytyny, kefaliny i kardiolipiny. Czysta cytydyna występuje jako rozpuszczalne w wodzie ciało stałe, które rozkłada się w temperaturze od 201 do 220 stopni. Może być katalitycznie degradowany do cytozyny i rybozy przez enzym pirymidynową nukleozydazę.

Funkcja, efekt i zadania

Cytydyna odgrywa kluczową rolę w metabolizmie pirymidyny. Pirymidyna zapewnia podstawową strukturę zasad pirymidynowych, cytozyny, tyminy i uracylu, które występują w kwasach nukleinowych. Tymina w RNA zostaje wymieniona na uracyl.

Uracyl jest również wytwarzany przez deaminację cytydyny deaminazą cytydyny. Konwersje chemiczne pomiędzy trzema zasadami pirymidynowymi mają kluczowe znaczenie dla procesów naprawczych w DNA i zmian epigenetycznych. W kontekście epigenetyki różne właściwości są modyfikowane przez wpływy środowiska. Jednak materiał genetyczny się nie zmienia. Zmiany modyfikacyjne organizmu spowodowane są różną ekspresją genów. Procesy różnicowania się komórek ciała w celu tworzenia różnych linii komórkowych i narządów również stanowią proces epigenetyczny, w którym różne geny są aktywowane lub dezaktywowane w zależności od typu komórki.

Odbywa się to poprzez metylację zasad cytydyny w DNA. Podczas metylacji powstaje metylocytozyna, którą można przekształcić w tyminę przez deaminację. Komplementarna nukleozasadowa guanina w przeciwległej podwójnej nici umożliwia rozpoznanie błędu i ponowną wymianę tyminy na cytozynę. Jednak guaninę można również wymienić na adeninę, co prowadzi do mutacji punktowej. Jeśli niemetylowana cytozyna jest deaminowana, powstaje uracyl. Ponieważ uracyl nie pojawia się w DNA, jest natychmiast zastępowany cytozyną. Zamiast cytozyny, współczynnik mutacji spowodowany metylacją jest nieznacznie zwiększony.

Jednocześnie jednak coraz więcej genów jest wyłączanych poprzez metylację, co skutkuje dalszą specjalizacją komórek w linii komórkowej. W procesach naprawczych enzymy naprawcze opierają się na oryginalnej nici DNA, którą rozpoznają poprzez wyższy stopień metylacji. Nić komplementarna jest również budowana na podstawie przechowywanych tam informacji. Błędy instalacji są natychmiast korygowane. Ponadto enzym AID (deaminaza cytydyny indukowana aktywacją) bardzo specyficznie katalizuje deaminację grup cytydyny do grup urydyny w jednoniciowym DNA. Występują hipermutacje somatyczne, które zmieniają sekwencje przeciwciał komórek B. Następnie wybierane są pasujące komórki B. Umożliwia to elastyczną odpowiedź immunologiczną.

Edukacja, występowanie, właściwości i optymalne wartości

Cytydyna jest produktem pośrednim metabolizmu pirymidyny. Jako izolowane połączenie nie ma to znaczenia. Jak już wspomniano, składa się z zasady nukleinowej cytozyny i pięciocukrowej rybozy cukrowej. Organizm może sam syntetyzować cytozynę.

Jednak jego synteza jest bardzo energochłonna, więc jest odzyskiwana z bloków budulcowych kwasu nukleinowego w ramach szlaku ratunkowego i może być ponownie zintegrowana z kwasami nukleinowymi. Po całkowitym rozbiciu zasady powstaje dwutlenek węgla, woda i mocznik. Występuje jako nukleozyd w RNA. W DNA cytozyna wiąże się z dezoksyrybozą, tak że nukleozyd deoksycytydyna występuje tu jako element budulcowy.

Choroby i zaburzenia

Metylacje reszt cytydyny w DNA są bardzo ważne dla znakowania w celu oddzielenia różnych procesów biochemicznych. Jednak mogą również wystąpić błędy w metylacji, które prowadzą do choroby.

W przypadku wadliwej metylacji może dojść do wyzwolenia zarówno zwiększonej, jak i zmniejszonej aktywności genów, które nie spełniają wymagań. Te wzorce metylacji są przekazywane podczas podziału komórki. W dłuższej perspektywie zachodzą zmiany, które mogą prowadzić do chorób. Na przykład niektóre komórki nowotworowe mają różne struktury metylacji, które nie występują w zdrowych komórkach. Na przykład metylacja może blokować określone geny kodujące enzymy regulujące wzrost. Jeśli brakuje tych enzymów, może dojść do niehamowanego wzrostu komórek. Dotyczy to również enzymów, które inicjują uporządkowaną śmierć komórki (apoptozę), gdy wystąpią defekty komórek.

Ukierunkowany wpływ na metylację DNA nie jest obecnie jeszcze możliwy. Istnieją jednak badania dotyczące całkowitej demetylacji komórek nowotworowych w celu ponownego poddania ich kontroli białek regulujących wzrost. Według kilku badań klinicznych wykazano, że demetylacja ogranicza wzrost guza u pacjentów z ostrą białaczką szpikową. Ta procedura jest również znana jako terapia epigenetyczna. Procesy metylacji mogą również odgrywać rolę w innych chorobach. Pod wpływem czynników środowiskowych organizm przystosowuje się do zmienionych warunków, tworząc biologiczne modyfikacje oparte na metylacji reszt cytydyny DNA. W ten sposób organizm przeprowadza proces uczenia się, który może jednak również powodować nieprawidłową regulację.