السيتوزين هو أساس نيوكليتيدي بيرميديني صيغته الكيميائية C4H5N3O يشكل أزواجًا متكاملةً مع الغوانين في الـDNA والـRNA.
مقدمة:
الأحماض النووية كالـ DNA والـ RNA هي بوليميرات (مركبات مكونة من وحدات جزيئية متكررة) لنيوكليتيدات أحادية، يتكون كل نيوكليتيد من حمض فوسفوري وسكر خماسي الكربون وأساس آزوتي (أساس نيوكليتيدي).
توجد خمسة أنواع من الأسس النيوكليتيدية التي تشكل الوحدات الأساسية لبناء الرموز الجينية وهي الأدنين والغوانين والسيتوزين والثيامين واليوراسيل، تصنف ضمن زمرتين هما البورينات والبيرميدينات. والسيتوزين هو أحد البيرميدينات.
الخواص:
السيتوزين هو أساس آزوتي بيرميديني ومركب عضوي عطري غير متجانس الحلقة مكون من حلقة واحدة تسمى حلقة البيرميدين تحتوي على ذرات كربون ونيتروجين متناوبة. كتلته الجزيئية 111.10 غرام/ مول ويذوب في الدرجة 320- 325 سيليزيوس مئوية. قد يوجد في الأحماض النووية كالـ DNA والـ RNA وفي النكليوزيدات (أساس نووي وسكر ريبوز أو ريبوز منقوص الأكسجين، النيوكليتيدات هي نكليوزيد مع زمر فوسفات).
يتكامل السيتوزين مع الغوانين في الـ DNA والـ RNA بواسطة ثلاث روابط هيدروجينية. وهو مركب غير مستقر نسبيًا ويمكن أن يتحول إلى اليوراسيل بعملية نزع الأمين التلقائية.
يمكن تصحيح هذا التحول بتوسط أنظمة تصحيح الـDNA، مثل استخدام إنزيم يوراسيل غليكولاز، وإذا لم يجر التصحيح ستتشكل طفرة نقطية.
السيتوزين مقابل اليوراسيل والثيامين:
جميعها أسس نيوكليتيدية بيرميدنية، يختلف السيتوزين عنها بوجود زمرة كيتونية في الموقع الثاني وزمرة أمينية في الموقع الرابع في الحلقة العطرية غير المتجانسة.
صيغته الكيميائية C4H5N3O ويتكامل مع الغوانين في كل من الـ DNA والـ RNA، أما الثيامين واليوراسيل فيتكاملان مع الأدينين في الـ DNA والـ RNA على الترتيب.
التفاعلات الحيوية الشائعة:
يبدأ اصطناع البورينات بتشكيل النيوكليتيدات أما البيرميدينات فيبدأ تشكلها من أساسات حرة. تُصنع البيرميدينات لدى البشر في أنسجة مختلفة خصوصًا في الطحال والغدة الصعترية والسبيل الهضمي.
يمر تشكل السيتوزين على غرار البورينات الأخرى بسلسلة خطوات تبدأ من تشكل كاربامويل الفوسفات الذي ينتج عن تفاعل البيكربونات مع الغلوتامين والأدينوزين ثلاثي الفوسفات وجزيء ماء بتوسط إنزيم كاربامويل فوسفات سينثاز.
يتحول الكاربامويل بعدها إلى كاربامويل أسبارتات بتوسط إنزيم أسبارتات ترانسكارباميلاز، يتحول بدوره إلى ديهيدروأوروتات الذي يؤكسد لينتج الأوروتات. يتفاعل الأوروتات مع مركب 5-فوسفوريبوزيل بيروفوسفات PRPP ليشكل أوروتيدين-5-أحادي الفوسفات OMP الذي يتحول إلى البيرميدينات الأخرى.
يسهل إنزيم OMP ديكاربوكسيلاز نزع زمرة الكاربوكسيل من OMP لينتج اليوريدين أحادي الفوسفات UMP الذي ينتج عنه اليوريدين ثنائي الفوسفات UDP واليوريدين ثلاثي الفوسفات UTP وفق مسار الاصطناع الحيوي بتوسط الكينازات ونازعات فسفرة الأدينوزين ثلاثي الفوسفات ATP. يمكن تحويل UTP إلى سيتيدين ثلاثي الفوسفات CTP عبر إضافة زمرة أمين بمساعدة إنزيم CTP سينثيتاز.
يُشتق من السيتوزين نوعان من النيوكليزيدات هما السيتيدين والسيتيدين منزوع الأكسجين، يضاف إليهما ثلاث زمر أحماض فوسفورية لينتج السيتيدين ثلاثي الفوسفات CTP والسيتيدين ثلاثي الفوسفات منزوع الأكسجين dCTP اللذين يشكلان أحد النكليوتيدات التي تشارك في بناء الـRNA والـDNA على الترتيب.
يتدرك السيتيدين أحادي الفوسفات أو السيتوزين وفق المسار التالي:
سيتوزين> يوراسيل> N-كاربامويل-بيتا-ألانين> بيتا ألانين والنشادر وثنائي أكسيد الكربون.
يُعاد تدوير السيتوزين عبر مسارات الإنقاذ بتحويله إلى اليوراسيل بعملية نزع الأمين، يتفاعل اليوراسيل بدوره مع الريبوز-1-فوسفات بتوسط إنزيم يوريدين فوسفوريلاز ليشكل اليوريدين الذي يتحول إلى يوريدين أحادي الفوسفات بفعل إنزيم نكليوزيدكيناز.
تحدث الطفرة النقطية عندما يتغير أساس نيوكليتيدي واحد فقط في جزيء الـDNA أو الـRNA.
السيتوزين غير مستقر نسبيًا فقد يتحول إلى اليوراسيل في عملية تسمى نزع الأمين التلقائي. عندما يحدث ذلك في الأحماض النووية تصحح عمليات الإصلاح هذا التسلسل. مثلًا يويل اليوراسيل غليكوزيلاز السيتوزين الذي تحول إلى يوراسيل من الـDNA، ثم يزيل المنطقة التالفة وتُستبدل باستخدام الشريط المقابل بمثابة قالب. تسمى هذه العملية بإصلاح الأساس الاستئصالي. نادرًا ما تسبب الطفرات النقطية في التسلسلات غير المرمزة عواقبًا، لكن تغيير نيوكليتيد واحد في الأماكن المرمزة للبروتينات سيؤدي إلى عيب في ترجمة البروتين، خصوصًا عندما تُترك الطفرة دون إصلاح، وسيؤدي تغيير هيكل البروتين إلى إضعافه وإلى إبطال وظيفته أو الخلل بها.
تحمل الأحماض النووية الشفرة الجينية التي ترمز إلى البروتينات المختلفة اعتمادًا على تسلسل الأسس النكليوتيدية الداخلة في تركيبها، لذلك تؤدي الأحماض النووية دورًا مهمًا في أداء الخلية لوظائفها الحيوية وفي الوراثة وبقاء الكائنات الحية، ويعد السيتوزين أحد الأسس النيوكليتيدية الرئيسية الخمسة إلى جانب الغوانين والأدينين والتايمين واليوراسيل.
قد يؤدي السيتوزين في شكل مركب CTP دور عامل مساعد للإنزيمات، إذ يمكنه نقل زمر الفوسفات لتحويل الأدينوزين ثنائي الفوسفات إلى الأدينوزين ثلاثي الفوسفات ATP، وهو مركب غني بالطاقة ويُستخدم في العديد من الأنشطة الخلوية والتفاعلات البيولوجية المهمة.
اكتشاف السيتوزين:
يعزى عزل الأسس النيوكليتيدية الخمسة وتسميتها بما فيها السيتوزين إلى عالم الكيمياء الحيوية الألماني ألبريخت كوزيل الذي اكتشفها برفقة طلابه في أثناء تحليله للأحماض النووية بين عامي 1895 و1901.
اقرأ أيضًا:
الحمض النووي الريبوزي (الريبي) RNA
ترجمة: رضوان مرعي
تدقيق: جعفر الجزيري
مراجعة: نغم رابي
