Pirimidin adalah salah satu kelas senyawa organik dari seri heterosiklik yang ditandai oleh struktur cincin yang terdiri dari empat atom karbon dan dua atom nitrogen.
Anggota keluarga yang paling sederhana pirimidin adalah pirimidin sendiri, dengan rumus molekul C4H4N2. Pirimidin berfungsi dalam DNA dan RNA, pensinyalan sel, penyimpanan energi (sebagai fosfat), pengaturan enzim, dan untuk membuat protein dan pati.
Beberapa senyawa pirimidin diisolasi antara tahun 1837 dan 1864, tetapi strukturnya tidak dikenali sampai tahun 1868. Beberapa senyawa pirimidin yang terkenal termasuk sitosin, timin, dan urasil, terletak dalam asam nukleat; tiamin (vitamin B1); dan sulfadiazine, sulfamerazine, dan sulfamethazine, obat yang digunakan dalam terapi penyakit bakteri dan virus.
Apa itu Nukleobasa
Nukleobasa adalah senyawa yang mengandung nitrogen yang bila melekat pada gula pentosa atau deoksiribosa pentosa membentuk nukleotida. Nukleotida adalah unit monomer asam nukleat, seperti DNA dan RNA.
Dalam asam nukleat beruntai dua seperti DNA, nukleobasa dipasangkan. Dua nukleobasa yang saling melengkapi dihubungkan oleh ikatan hidrogen. Nukleobasa dapat dikelompokkan menjadi dua jenis utama: purin dan pirimidin.
Purin dan Pirimidin
Meskipun purin dan pirimidin adalah senyawa aromatik heterosiklik, keduanya dapat berbeda satu sama lain berdasarkan pada struktur kimianya. Purin memiliki dua cincin karbon sedangkan pirimidin memiliki satu cincin karbon.
Purin memiliki cincin pirimidin yang menyatu dengan cincin imidazol. Pirimidin hanya memiliki cincin pirimidin. Jadi, purin memiliki empat atom nitrogen sedangkan pirimidin memiliki dua atom nitrogen.
Pirimidin termasuk sitosin, timin, dan urasil sedangkan purin termasuk adenin dan guanin. Kelima basis nitrogen ini dianggap sebagai primer atau kanonik karena merupakan unit dasar dari kode genetik.
Nukleobasa yang membentuk asam nukleat digunakan untuk membedakan DNA dari molekul RNA. Dalam DNA, timin melengkapi pasangan dengan adenin sedangkan dalam RNA, urasil sesuai dengan adenin.
Timin berbeda dari urasil dalam memiliki kelompok metil, yang kekurangan urasil. Pasangan nukleobase C-G dan A-T (atau A-U dalam RNA) disebut sebagai pelengkap basa.
Sifat-sifat pirimidin
Pirimidin adalah senyawa organik aromatik heterosiklik dengan rumus kimia C4H4N2. Ini memiliki cincin tunggal (disebut cincin pirimidin) dengan atom karbon dan nitrogen bolak-balik. Massa molar pirimidin adalah 80,088 g / mol dan titik leburnya pada 20-22 ° C.
Struktur pirimidin
Basa pirimidin memiliki cincin beranggota 6 dengan dua nitrogen dan empat karbon. Meskipun cincin purin dan pirimidin memiliki satu komponen beranggota 6 dengan dua nitrogen dan empat karbon, purin dan pirimidin tidak berhubungan secara metabolik. Jalur berbeda untuk biosintesis dan degradasi purin dan untuk biosintesis dan degradasi pirimidin, ada di semua organisme.
Kombinasi cincin karbohidrat beranggotakan 5 dan purin atau pirimidin disebut nukleosida. Jika satu atau lebih fosfat ada pada karbohidrat, kombinasi tersebut disebut nukleotida. Sebagai contoh, ATP adalah nukleotida.
Sitosin, Timin, dan Urasil
Sitosin, timin, dan urasil adalah nukleobasa pirimidin. Sitosin dapat dibedakan dari pirimidin lain dengan memiliki gugus keto pada posisi 2 dan gugus amina pada posisi 4 dalam cincin aromatik heterosikliknya. Ini memiliki rumus kimia C4H5N3O.
Dalam DNA dan RNA, sitosin cocok dengan guanin yang membentuk tiga ikatan hidrogen. Ketika difosforilasi dengan tiga gugus asam fosfat, mereka menjadi sitidin trifosfat (CTP) dan deoksisitidin trifosfat (dCTP), yang merupakan nukleotida yang membentuk molekul RNA dan DNA.
Sitidin trifosfat adalah nukleotida yang membentuk bagian dari DNA atau RNA. Ini juga dapat berfungsi sebagai faktor pendamping bagi enzim. Itu dapat mentransfer fosfatnya untuk mengubah ADP menjadi ATP.
Timin memiliki rumus kimia C5H6N2O2. Ia memiliki dua gugus keto pada posisi 2 dan 4, dan gugus metil pada posisi 5 dalam cincin aromatik heterosikliknya.
Pasangan basa pelengkap timin dengan adenin oleh dua ikatan hidrogen. Namun, tidak seperti sitosin yang ada dalam DNA dan RNA, timin hanya ada dalam molekul DNA karena digantikan oleh urasil dalam RNA.
Timin yang melekat pada deoksiribosa (gula pentosa) disebut sebagai deoksi timidin (atau timidin). Ketika difosforilasi dengan tiga gugus asam fosfat, deoksi-timidin menjadi deoksi-timidin trifosfat (dTTP), yang merupakan salah satu unit monomer nukleotida yang membangun DNA.
Urasil mirip dengan timin dalam hal struktur kecuali untuk gugus metil pada posisi 5 dalam cincin aromatik heterosiklik yang ada dalam timin. Ini memiliki rumus kimia C4H4N2O2.
Pada pasangan basa komplementer, pasangan urasil dengan adenin. Secara umum, urasil terjadi pada RNA, bukan pada DNA. Alih-alih urasil, DNA memiliki timin yang berpasangan dengan adenin. Salah satu penjelasan yang mungkin mengapa DNA memiliki timin alih-alih urasil dikaitkan dengan konversi sitosin menjadi urasil dengan deaminasi spontan.
Sitosin dapat berubah menjadi urasil ketika kehilangan gugus aminanya. Deaminasi sitosin ini sering terjadi. Namun demikian, kesalahan diperbaiki melalui sistem perbaikan DNA yang melekat. Jika tidak diperbaiki, itu bisa menyebabkan mutasi titik.
Jika urasil terdapat dalam DNA, sistem perbaikan mungkin tidak dapat membedakan urasil asli dari sitosin yang berubah menjadi urasil dan karena itu mungkin gagal membedakan urasil mana yang harus dikoreksi.
Kehadiran kelompok metil dalam timin (yang tidak ada dalam urasil) membantu mencegah hal ini terjadi, dengan demikian, menjaga integritas dan stabilitas kode genetik. Urasil yang melekat pada deoksiribosa (gula pentosa) disebut sebagai uridin.
Ketika difosforilasi dengan tiga gugus asam fosfat, uridin menjadi uridin trifosfat (UTP), yang merupakan salah satu unit monomer nukleotida yang membangun RNA.
Biosintesis pirimidin
Dalam biosintesis pirimidin, cincin terbentuk oleh serangkaian langkah yang dimulai dalam pembentukan karbamoil fosfat. Pertama, karbamoil fosfat dihasilkan dari reaksi biokimiawi yang melibatkan bikarbonat, glutamin, ATP (untuk fosforilasi), dan molekul air.
Enzim yang mengkatalisasi reaksi adalah karbamoil fosfat sintetase II yang terletak di sitosol. Selanjutnya, karbamoil fosfat diubah menjadi karbamoil aspartat oleh enzim aspartat transcarbamylase. Kemudian, cincin itu menutup melalui kondensasi intramolekul, mengubah karbamoil fosfat menjadi dihidroorotat oleh enzim dihidroorotase.
Terakhir, dihydroorotate dioksidasi oleh dihydroorotate dehydrogenase (protein membran integral dalam membran mitokondria bagian dalam) untuk diubah menjadi orotate. Akibatnya, C2 dari cincin pirimidin berasal dari ion bikarbonat (HCO3-), N3 berasal dari glutamin, dan sisa atom dalam cincin berasal dari aspartat. Setelah cincin pirimidin terbentuk, 5-phospho-α-D-ribosyl 1-pyrophosphate (PRPP), sebuah ribosa fosfat, bereaksi terhadap orotate untuk membentuk orotidine-5-monophosphate (OMP). OMP kemudian didekarbilasi dengan enzim OMP decarboxylase untuk menghasilkan uridine monophosphate (UMP). Akhirnya, uridine difosfat (UDP) dan uridin trifosfat (UTP) diproduksi melalui jalur biosintesis oleh kinase dan defosforilasi ATP. UTP dapat dikonversi menjadi sitidin trifosfat (CTP) dengan aminasi UTP melalui enzim CTP synthetase.
Biosintesis pirimidin berbeda dari biosintesis purin dengan cara purin disintesis sebagai nukleotida terlebih dahulu sedangkan pirimidin awalnya terbentuk sebagai basa bebas. Pada manusia, pirimidin disintesis di berbagai jaringan, terutama di limpa, timus, dan saluran pencernaan.
Degradasi pirimidin
Pirimidin yang terdegradasi dapat didaur ulang oleh jalur penyelamatan. Nukleobasa diperoleh kembali untuk digunakan kembali setelah degradasi RNA dan DNA. Jalur penyelamatan pirimidin adalah sebagai berikut:
Sitosin diubah menjadi urasil melalui deaminasi. Dengan uridine fosforilase, urasil diubah menjadi uridin dengan bereaksi dengan ribosa-1-fosfat. Melalui enzim nukleosida kinase, uridin diubah menjadi uridin monofosfat (UMP).
Timin diubah menjadi timidin dengan bereaksi dengan deoksiribosa-1-fosfat dan oleh enzim timidin fosforilase. Timidin kemudian diubah menjadi timidin monofosfat oleh enzim nukleosida kinase.
Fungsi
Pirimidin sebagai salah satu nukleobasa adalah komponen struktural penting dari asam nukleat. Asam nukleat seperti molekul DNA dan RNA mengandung informasi genetik yang penting untuk semua fungsi seluler dan faktor keturunan. Terlepas dari asam nukleat, nukleobasa juga merupakan komponen penting dari protein dan pati tertentu. Dengan demikian, fungsi mereka tidak hanya berfungsi sebagai konstituen struktural DNA dan RNA tetapi mereka juga terlibat dalam regulasi enzim dan pensinyalan sel.