اليوراسيل هو قاعدة نووية بيريميدينية، صيغته الكيميائية C4H4N2O2، ويشكل أزواجًا متكاملة مع الأدنين في الحمض النووي الريبوزي RNA.
مقدمة
الأحماض النووية مثل DNA وRNA هي بوليمرات (مركبات مكونة من وحدات جزيئية متكررة) لنيوكليوتيدات أحادية، ويتكون كل نيوكليوتيد من حمض الفوسفوريك، وسكر خماسي الكربون، وقاعدة نيتروجينية (نووية). وتوجد خمسة أنواع من القواعد النووية تشكل الوحدات الأساسية لبناء الشيفرة الجينية، وهم الأدنين، والجوانين، والسيتوزين، والثيمين، واليوراسيل. وتصنف القواعد النووية إلى البيورينات والبيريميدينات.
الخواص
اليوراسيل مركب عضوي عطري غير متجانس الحلقة مكون من حلقة واحدة تسمى حلقة البيريميدين مؤلفة من ذرات كربون ونيتروجين متعاقبة، وكتلته المولارية 112.08676 غرام/مول، ونقطة انصهاره هي 335 درجةً مئويةً. ويوجد في مركبات عدة منها النيوكليوسيدات (قاعدة نووية مرتبطة مع سكر الريبوز أو الريبوز منقوص الأكسجين) والنيوكليوتيدات (نيوكليوسيد مرتبط مع مجموعة فوسفات)، وهو إحدى القواعد النووية الأساسية الخمسة في الأحماض النووية، ويشكل مع الثيمين أزواجًا متكاملة (مثل الأدنين)، ولكن الثيمين يوجد عادةً في DNA، أما اليوراسيل فيحل محل الثيمين في RNA.
اليوراسيل مقابل الثيمين والسيتوزين
جميعها قواعد نووية بيريميدينية. ويشبه اليوراسيل الثيمين في بنيته بامتلاكه مجموعتين كيتونيتين في الموقعين الثاني والرابع في الحلقة العطرية غير المتجانسة، ولكنه يختلف عنه بفقدانه مجموعة الميثيل في الموقع الخامس الموجودة في الثيمين. ويشكل كلاهما أزواجًا متكاملةً مع الأدنين بتكوين رابطتين هيدروجينيتين معه، ولكن الثيمين يوجد عادةً في ال DNA، ويحل محله اليوراسيل في ال RNA، وأحد التفسيرات المحتملة لذلك يتجلى بتحول السيتوزين إلى يوراسيل بخسارة مجموعة أمينية في عملية شائعة الحدوث تسمى عملية نزع الأمين العشوائية، ولكن أنظمة إصلاح ال DNA الموروثة تصحح هذا الخطأ، وسيؤدي عدم تصحيحه إلى نشوء طفرات نقطية. وإذا كان اليوراسيل موجودًا في ال DNA، فقد لا تتمكن أنظمة الإصلاح من التمييز بين اليوراسيل الأصلي والسيتوزين الذي تحول إلى يوراسيل، ما يؤدي إلى الفشل في تمييز اليوراسيل الذي يجب تصحيحه.
يساعد وجود مجموعة الميثيل في الثيمين (الغائبة في اليوراسيل) على تجنب حدوث ذلك والحفاظ على سلامة الشيفرة الوراثية واستقرارها.
يتميز السيتوزين بنيويًا عن اليوراسيل والثيمين بامتلاكه مجموعةً كيتونيةً في الموقع الثاني ومجموعةً أمينيةً في الموقع الرابع من الحلقة العطرية غير المتجانسة، وصيغته الكيميائية C4H5N3O، ويشكل أزواجًا متكاملةً مع الجوانين.
التفاعلات الحيوية الشائعة
يمر تكوين اليوراسيل على غرار أقرانه من البيريميدينات عبر سلسلة من الخطوات، أولها تشكيل فوسفات الكاربامويل بتفاعل يتضمن البيكربونات، والجلوتامين، والأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) وجزيء ماء. ويحفز التفاعل بإنزيم فوسفات الكاربامويل، الذي يتحول بعدها بتحفيز إنزيم أسبارتات ناقل الكاربامويل إلى كاربامويل أسبارتات، الذي يتحول بدوره إلى إنزيم ديهيدروروتيت، الذي يؤكسد لينتج الأوروتات. وتتفاعل الأوروتات مع فوسفوريبوزيل بيروفوسفيت (PRPP) ليتشكل الأوروتيدين-5-أحادي الفوسفات (OMP)، الذي يخضع بدوره لتأثير إنزيم OMP ديكاربوكسيلات لينتج اليوريدين أحادي الفوسفات UMP، الذي يعطي بنهاية مسارات التصنيع اليوريدين ثنائي وثلاثي الفوسفات UDP وUTP بواسطة الكينازات ونزع الفوسفات من ATP. ويمكن تحويل UTP إلى السيتيدين ثلاثي الفوسفات CTP بإضافة مجموعة أمينية له بواسطة إنزيم CTP.
يسمى اليوراسيل المرتبط مع الريبوز منقوص الأكسجين باليوريدين، الذي يعطي اليوريدين ثلاثي الفوسفات UTP بارتباطه بثلاث مجموعات فوسفات، وهو أحد النيوكليوتيدات الأحادية المشاركة في بناء ال RNA.
يتفكك اليوراسيل إلى الشكل التالي: يوراسيل > بيتا ألانين > مالونيل CoA، الذي قد يُستخدم في تكوين الأحماض الدهنية ويتفكك بعدها مكونًا الأمونيوم، والماء، وثاني أكسيد الكربون. وقد يتابع الأمونيوم الناتج رحلة استقلابه بعدها في دورة اليوريا.
قد يعاد تدوير اليوراسيل في مسارات الإنقاذ، فقد يندمج مثلًا مع الريبوز-1- فوسفات بتوسط إنزيم فوسفوريلاز اليوريدين ليكون UMP.
الوظائف الحيوية
تحمل الأحماض النووية الشيفرة الجينية التي ترمز البروتينات المختلفة اعتمادًا على تسلسل القواعد النيوكليوتيدية الداخلة في تركيبها، لذلك تؤدي الأحماض النووية دورًا مهمًا في أداء الخلية لوظائفها الحيوية، وفي الوراثة، وبقاء الكائنات الحية، ويعد اليوراسيل أحد القواعد النيوكليوتيدية الرئيسة الخمسة إلى جانب السيتوزين، والثيمين، والجوانين، والأدينين.
اليوراسيل هو المكون الأساسي لتكوين النيوكليوتيدات UMP وUDP وUTP اليوريدين أحادي وثنائي وثلاثي الفوسفات على الترتيب، التي يدل اسمها على عدد مجموعات الفوسفات المرتبطة بها. ويؤدي UDP دورًا مهمًا في عملية تكوين سلاسل الجلايكوجين، إذ يتكون بتفاعل UTP مع الجلوكوز-1- فوسفات. وتتكون سلاسل الجلايكوجين من اندماج عدة وحدات من جلوكوز-UDP بتوسط الإنزيم المصنع للجلايكوجين.
يُفصل الجلوكوز عن جلوكوز-UDP عندما يُضاف إلى سلسلة الجلايكوجين المتنامية، لذا يساعد UDP على تحويل الجلوكوز إلى جلايكوجين خصوصًا في الكبد والخلايا العضلية، فضلًا عن دور UTP المهم لأنه طليعة مباشرة لنسخ ال RNA.
اقرأ أيضًا:
الحمض النووي الريبوزي (الريبي) RNA
ما هو الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين DNA ؟
ترجمة: رضوان مرعي
تدقيق: هادية أحمد زكي
مراجعة: آية فحماوي
