Uracil - Uracil

Uracil
Structural formula of uracil
Ball-and-stick model of uracil
Space-filling model of uracil
Jména
Název IUPAC
Pyrimidin-2,4 (1H,3H) -dion
Ostatní jména
2-oxy-4-oxy pyrimidin,
2,4 (1H, 3H) -pyrimidindion,
2,4-dihydroxypyrimidin,
2,4-pyrimidindiol
Identifikátory
3D model (JSmol )
3DMet
606623
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
DrugBank
Informační karta ECHA100.000.565 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
  • 200-621-9
2896
KEGG
Číslo RTECS
  • YQ8650000
UNII
Vlastnosti
C4H4N2Ó2
Molární hmotnost112,08676 g / mol
VzhledPevný
Hustota1,32 g / cm3
Bod tání 335 ° C (635 ° F; 608 K)[1]
Bod varuN / A - rozkládá se
Rozpustný
Nebezpečí
Hlavní nebezpečíkarcinogen a teratogen s chronickou expozicí
Piktogramy GHSGHS07: HarmfulGHS08: Health hazard
Signální slovo GHSVarování
H315, H319, H335, H361
P201, P202, P261, P264, P271, P280, P281, P302 + 352, P304 + 340, P305 + 351 + 338, P308 + 313, P312, P321, P332 + 313, P337 + 313, P362, P403 + 233, P405, P501
NFPA 704 (ohnivý diamant)
Bod vzplanutíNehořlavé
Související sloučeniny
Související sloučeniny
Tymin
Cytosin
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Uracil (/ˈj.rəsɪl/; U) je jedním ze čtyř nukleové báze v nukleová kyselina RNA které jsou reprezentovány písmeny A, G, C a U. Ostatní jsou adenin (A), cytosin (C) a guanin (G). V RNA se uracil váže na adenin přes dva Vodíkové vazby. v DNA, nukleová báze uracilu je nahrazena tymin. Uracil je demetylovaný druh tymin.

Uracil je běžný a přirozeně se vyskytující pyrimidin derivát.[2] Název „uracil“ vytvořil v roce 1885 německý chemik Robert Behrend, který se pokoušel syntetizovat deriváty kyselina močová.[3] Původně objeven v roce 1900 Alberto Ascoli, byl izolován hydrolýza z droždí nuklein;[4] bylo také nalezeno v hovězí brzlík a slezina, sleď spermie, a pšenice zárodek.[5] Jedná se o plošnou nenasycenou sloučeninu, která má schopnost absorbovat světlo.[6]

Na základě 12C/13C izotopové poměry z organické sloučeniny nalezen v Murchisonův meteorit, předpokládá se, že uracil, xanthin a související molekuly mohou také vznikat mimozemsky.[7][8]

V roce 2012 byla provedena analýza údajů z Mise Cassini obíhající kolem Saturn systém to ukázal Titan Povrchové složení může zahrnovat uracil.[9]

Vlastnosti

V RNA, uracil párů bází adeninem a nahrazuje thymin během transkripce DNA. Methylace uracilu produkuje tymin.[10] V DNA může evoluční substituce tyminu za uracil zvýšit stabilitu DNA a zlepšit účinnost replikace DNA (diskutováno níže). Uracil se páruje s adeninem vodíkové vazby. Když párování bází s adeninem působí uracil jako a vodíková vazba akceptor a donor vodíkové vazby. U RNA se uracil váže s a ribóza cukr za vzniku ribonukleosid uridin. Když fosfát se váže na uridin, vzniká uridin-5'-monofosfát.[6]

Uracil prochází tautomerními posuny kyseliny amid-imidové, protože jakákoli jaderná nestabilita, kterou molekula může mít, z nedostatku formálních aromatičnost je kompenzována cyklicko-amidovou stabilitou.[5] Amid tautomer se označuje jako laktam struktura, zatímco tautomer kyseliny imidové se označuje jako laktim struktura. Tyto tautomerní formy převládají v pH 7. Laktamová struktura je nejběžnější formou uracilu.

Uracil tautomery: Amide nebo laktam struktura (vlevo) a imide nebo laktim struktura (vpravo)

Uracil se také recykluje za vzniku nukleotidů podstoupením řady fosforibosyltransferázových reakcí.[2] Rozklad uracilu produkuje substráty aspartát, oxid uhličitý, a amoniak.[2]

C4H4N2Ó2 → H3NCH2CH2VRKAT− + NH4+ + CO2

Oxidační degradace uracilu produkuje močovinu a kyselinu maleinovou v přítomnosti H2Ó2 a Fe2+ nebo v přítomnosti diatomic kyslík a Fe2+.

Uracil je slabá kyselina. První stránka ionizace uracilu není známo.[11] Záporný náboj je kladen na kyslíkový anion a produkuje a strK.A menší než nebo rovný 12. Základní strK.A = -3,4, zatímco kyselá pK.A = 9.389. V plynné fázi má uracil 4 místa, která jsou kyselější než voda.[12]

V DNA

Uracil se v DNA vyskytuje jen zřídka a mohlo se jednat o evoluční změnu ke zvýšení genetické stability. Je to proto, že cytosin může spontánně deaminovat za vzniku uracilu hydrolytickou deaminací. Pokud by tedy existoval organismus, který používal uracil ve své DNA, deaminace cytosinu (který prochází párováním bází s guaninem) by vedla k tvorbě uracilu (který by se pároval s adeninem) během syntézy DNA.Uracil-DNA glykosyláza exciduje báze uracilu z dvouvláknové DNA. Tento enzym by proto rozpoznal a vystřihl oba typy uracilu - ten, který se zabudoval přirozeně, a ten, který se vytvořil díky deaminaci cytosinu, což by spustilo zbytečné a nevhodné opravné procesy.[13]

Předpokládá se, že tento problém byl vyřešen z hlediska evoluce, tj. „Značkováním“ (metylací) uracilu. Methylovaný uracil je totožný s thyminem. Odtud plyne hypotéza, že v průběhu času se tymin stal standardem v DNA místo uracilu. Buňky tedy nadále používají uracil v RNA, a ne v DNA, protože RNA má kratší životnost než DNA, a případné chyby související s uracilem nevedou k trvalému poškození. Zdá se, že buď neexistoval žádný evoluční tlak na nahrazení uracilu v RNA složitějším thyminem, nebo má uracil určité chemické vlastnosti, které jsou užitečné v RNA, které thyminu chybí. Uracil obsahující DNA stále existuje, například v

Syntéza

V odborném článku publikovaném v říjnu 2009 NASA vědci uvedli, že reprodukovali uracil z pyrimidin vystavením ultrafialové světlo za podmínek podobných vesmíru. To naznačuje, že jedním z možných přírodních původních zdrojů uracilu v Svět RNA mohlo by být panspermie.[15] V poslední době, v březnu 2015, vědci NASA uvedli, že vůbec poprvé, další komplex DNA a RNA organické sloučeniny z život, včetně uracilu, cytosin a tymin, byly vytvořeny v laboratoři pod vesmír podmínky, za použití výchozích chemikálií, jako je např pyrimidin, nalezen v meteority. Pyrimidin, podobně polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs), nejvíce na uhlík bohatá chemická látka nalezená v Vesmír, mohly být vytvořeny v červené obry nebo v mezihvězdný prach a plynové mraky, podle vědců.[16]

Existuje mnoho laboratoří syntézy uracilu k dispozici. První reakce je nejjednodušší ze syntéz přidáním vody do cytosin k výrobě uracilu a amoniak:[2]

C4H5N3O + H2O → C.4H4N2Ó2 + NH3

Nejběžnějším způsobem syntézy uracilu je kondenzace z kyselina jablečná s močovinou v dýmavá kyselina sírová:[5]

C4H4Ó4 + NH2CONH2 → C.4H4N2Ó2 + 2 H2O + CO

Uracil lze také syntetizovat dvojitým rozkladem thiouracil ve vodném kyselina chloroctová.[5]

Fotodehydrogenace 5,6-diuracilu, který je syntetizován beta-alanin reagovat s močovina, produkuje uracil.[17]

Reakce

Uracil snadno podstupuje pravidelné reakce včetně oxidace, nitrace, a alkylace. V přítomnosti fenol (PhOH) a chlornan sodný (NaOCl) lze uracil vizualizovat ultrafialové světlo.[5] Uracil má také schopnost reagovat s elementy halogeny kvůli přítomnosti více než jedné skupiny silně darující elektrony.[5]

Chemická struktura uridinu

Uracil snadno podstoupí přidání ribóza cukry a fosfáty podílet se na syntéze a dalších reakcích v těle. Uracil se stává uridin, uridinmonofosfát (UMP), uridin difosfát (UDP), uridin trifosfát (UTP) a uridin difosfát glukóza (UDP-glukóza). Každá z těchto molekul je syntetizována v těle a má specifické funkce.

Když uracil reaguje s bezvodým hydrazin, nastane kinetická reakce prvního řádu a uracilový kruh se otevře.[18] Pokud pH reakce se zvýší na> 10,5, vytvoří se uracilový anion, čímž reakce proběhne mnohem pomaleji. Ke stejnému zpomalení reakce dochází, pokud pH poklesne z důvodu protonace hydrazinu.[18] Reaktivita uracilu zůstává nezměněna, i když se teplota mění.[18]

Použití

Uracil využívá v těle k pomoci provést syntézu mnoha enzymů nezbytných pro funkci buněk prostřednictvím vazby s ribózami a fosfáty.[2] Uracil slouží jako alosterický regulátor a koenzym pro reakce u zvířat a rostlin.[19] UMP řídí činnost karbamoylfosfát syntetáza a aspartát-transkarbamoyláza v rostlinách, zatímco UDP a UTP vyžadují CPSase II činnost v zvířata. UDP-glukóza reguluje přeměnu glukóza na galaktóza v játra a další tkáně v procesu metabolismus sacharidů.[19] Uracil je také zapojen do biosyntéza z polysacharidy a přeprava cukrů obsahujících aldehydy.[19] Uracil je důležitý pro detoxikaci mnoha lidí karcinogeny, například ty, které se nacházejí v tabákovém kouři.[20] Uracil je také povinen detoxikovat mnoho drog, jako jsou kanabinoidy (THC)[21] a morfin (opioidy).[22] Může také mírně zvýšit riziko rakoviny v neobvyklých případech, kdy má tělo extrémní nedostatek folát.[23] Nedostatek folátu vede ke zvýšení poměru deoxyuridinmonofosfáty (výpis)deoxythymidin monofosfáty (dTMP) a nesprávná inkorporace uracilu do DNA a případně nízká produkce DNA.[23]

Uracil lze použít pro dodávka léků a jako farmaceutické. Když elementární fluor reaguje s uracilem, produkují 5-fluorouracil. 5-Fluorouracil je protirakovinné léčivo (antimetabolit ) používané k maskování jako uracil během procesu replikace nukleové kyseliny.[2] Protože 5-fluorouracil má podobný tvar jako uracil, ale nepodléhá stejné chemii jako uracil, lék inhibuje RNA replikační enzymy, čímž blokuje syntézu RNA a zastavuje růst rakovinných buněk.[2] Uracil lze také použít při syntéze kofeinu.[24]

Uracil lze použít k určení mikrobiální kontaminace rajčata. Přítomnost uracilu naznačuje kyselina mléčná bakterie kontaminace ovoce.[25] Uracil deriváty obsahující a diazin prsten se používají v pesticidy.[26] Deriváty uracilu se častěji používají jako antifotosyntetický herbicidy ničí plevel bavlna, cukrovka, tuřín, sója, hrášek, slunečnice plodiny, vinice, bobule plantáže a ovocné sady.[26]

v droždí, koncentrace uracilu jsou nepřímo úměrné permeaci uracilu.[27]

K testování se také běžně používají směsi obsahující uracil obrácená fáze HPLC sloupce. Protože uracil je v zásadě nezachycen nepolární stacionární fází, lze jej použít ke stanovení doby prodlevy (a následně objemu prodlevy, při známé rychlosti toku) systému.

Reference

  1. ^ Myers RL, Myers RL (2007). 100 nejdůležitějších chemických sloučenin. str. 92–93. ISBN  9780313337581.[úplná citace nutná ]
  2. ^ A b C d E F G Garrett RH, Grisham CM (1997). Základy biochemie se zaměřením na člověka. USA: Brooks / Cole Thomson Learning.
  3. ^ Behrend R (1885). „Versuche zur Synthese von Körpern der Harnsäurereihe“ [Pokusy o syntézu látek v řadě kyselin močových]. Annalen der Chemie. 229 (1–2): 1–44. doi:10,1002 / jlac.18852290102. „Dasselbe stellt sich sonach als Methylderivat der Verbindung: welche ich willkürlich mit dem Namen Uracil belege, dar.“ [Stejná sloučenina je proto představována jako methylderivát sloučeniny, kterou budu libovolně označovat názvem „uracil‘.] (Ze strany 11.)
  4. ^ Ascoli A (1900). „Ueber ein neues Spaltungsprodukt des Hefenucleins“ [O novém produktu štěpení nukleové kyseliny z kvasinek]. Zeitschrift für Physiologische Chemie. 31 (1–2): 161–4. doi:10.1515 / bchm2.1901.31.1-2.161. Archivovány od originál dne 12. května 2018.
  5. ^ A b C d E F Brown DJ, Evans RF, Cowden WB, Fenn MD (1994). Taylor EC (ed.). Pyrimidiny. Heterocyklické sloučeniny. 52. New York, NY: Wiley. ISBN  9780471506560. Archivováno z původního dne 12. května 2018.
  6. ^ A b Horton HR, Moran LA, Ochs RS, Rawn DJ, Scrimgeour KG (2002). Principy biochemie (3. vyd.). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN  9780130266729.
  7. ^ Martins Z, Botta O, Fogel ML, Sephton MA, Glavin DP, Watson JS a kol. (2008). "Mimozemské nukleové báze v Murchisonově meteoritu". Dopisy o Zemi a planetách. 270 (1–2): 130–136. arXiv:0806.2286. Bibcode:2008E & PSL.270..130M. doi:10.1016 / j.epsl.2008.03.026. S2CID  14309508.
  8. ^ „Všichni můžeme být mimozemšťané ve vesmíru: Studium“. AFP. 20. srpna 2009. Archivováno z původního dne 17. června 2008. Citováno 14. srpna 2011.
  9. ^ Clark RN, Pearson N, Brown RH, Cruikshank DP, Barnes J, Jaumann R a kol. (2012). "Povrchové složení titanu". Americká astronomická společnost. 44: 201.02. Bibcode:2012DPS .... 4420102C.
  10. ^ „MadSciNet: 24hodinová explodující laboratoř“. www.madsci.org. Archivováno z původního dne 18. července 2005.
  11. ^ Zorbach WW, Tipson RS (1973). Syntetické postupy v chemii nukleových kyselin: Fyzikální a fyzikálně-chemické pomůcky při určování struktury. 2. New York, NY: Wiley-Interscience. ISBN  9780471984184.
  12. ^ Kurinovich MA, Lee JK (2002). „Kyselost uracilu a analogů uracilu v plynné fázi: Čtyři překvapivě kyselá místa a biologické důsledky“. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 13 (8): 985–95. doi:10.1016 / S1044-0305 (02) 00410-5. PMID  12216739.
  13. ^ Békési A, Vértessy BG (2011). „Uracil v DNA: chyba nebo signál?“. Věda ve škole: 18. Archivovány od originál dne 23. března 2016.
  14. ^ Wang Z, Mosbaugh DW (březen 1988). „Uracil-DNA glykosylázový inhibitor bakteriofága PBS2: klonování a účinky exprese genu inhibitoru v Escherichia coli“. Journal of Bacteriology. 170 (3): 1082–91. doi:10.1128 / JB.170.3.1082-1091.1988. PMC  210877. PMID  2963806.
  15. ^ Marlaire R (5. listopadu 2009). „NASA reprodukuje stavební kámen života v laboratoři“. NASA. Archivováno z původního dne 4. března 2016. Citováno 5. března 2015.
  16. ^ Marlaire R (3. března 2015). „NASA Ames reprodukuje stavební kameny života v laboratoři“. NASA. Archivováno z původního dne 5. března 2015. Citováno 5. března 2015.
  17. ^ Chittenden GJ, Schwartz AW (1976). "Možná cesta syntézy prebiotického uracilu fotodehydrogenací". Příroda. 263 (5575): 350–1. Bibcode:1976Natur.263..350C. doi:10.1038 / 263350a0. PMID  958495. S2CID  4166393.
  18. ^ A b C Kočetkov, N.K; Budovskii, E. I, eds. (1972). Organická chemie nukleových kyselin. Část B. New York: Plenum Press. doi:10.1007/978-1-4684-2973-2. ISBN  9781468429756.
  19. ^ A b C Brown EG (1998). Brown EG (ed.). Kruhový dusík a klíčové biomolekuly: Biochemie N-heterocyklů. Boston, MA: Lluwer Academic Publishers. doi:10.1007/978-94-011-4906-8. ISBN  9780412835704. S2CID  9708198.
  20. ^ Olson KC, Sun D, ​​Chen G, Sharma AK, Amin S, Ropson IJ, Spratt TE, Lazarus P (2011). „Charakterizace glukuronidace dibenzo [a, l] pyren-trans-11,12-diolu (dibenzo [def, p] chryzenu) pomocí UDP-glukuronosyltransferáz“. Chemický výzkum v toxikologii. 24 (9): 1549–59. doi:10.1021 / tx200178v. PMC  3177992. PMID  21780761.
  21. ^ Mazur A, Lichti CF, Prather PL, Zielinska AK, Bratton SM, Gallus-Zawada A, Finel M, Miller GP, Radomińska-Pandya A, Moran JH (2009). „Charakterizace lidských jaterních a extrahepatálních enzymů UDP-glukuronosyltransferázy podílejících se na metabolismu klasických kanabinoidů“. Metabolismus a dispozice léků. 37 (7): 1496–1504. doi:10.1124 / dmd.109.026898. PMC  2698943. PMID  19339377.
  22. ^ De Gregori S, De Gregori M, Ranzani GN, Allegri M, Minella C, Regazzi M (2012). „Morfinový metabolismus, transport a dispozice mozku“. Metabolické onemocnění mozku. 27 (1): 1–5. doi:10.1007 / s11011-011-9274-6. PMC  3276770. PMID  22193538.
  23. ^ A b Mashiyama ST, Courtemanche C, Elson-Schwab I, Crott J, Lee BL, Ong CN a kol. (2004). „Uracil v DNA, stanovený vylepšeným testem, je zvýšen, když jsou deoxynukleosidy přidány k lidským kultivovaným lidským lymfocytům s nedostatkem folátu“. Analytická biochemie. 330 (1): 58–69. doi:10.1016 / j.ab.2004.03.065. PMID  15183762.
  24. ^ Zajac MA, Zakrzewski AG, Kowal MG, Narayan S (2003). "Nová metoda syntézy kofeinu z uracilu". Syntetická komunikace. 33 (19): 3291–7. doi:10.1081 / SCC-120023986. S2CID  43220488.
  25. ^ Hidalgo A, Pompei C, Galli A, Cazzola S (2005). "Uracil jako index kontaminace bakteriemi kyseliny mléčné z rajčat". Journal of Agricultural and Food Chemistry. 53 (2): 349–55. doi:10.1021 / jf0486489. PMID  15656671.
  26. ^ A b Pozharskii AF, Soldatenkov AT, Katritzky AR (1997). Heterocykly v životě a společnosti: Úvod do heterocyklické chemie a biochemie a role heterocyklů ve vědě, technologii, medicíně a zemědělství. New York, NY: John Wiley and Sons. ISBN  9780471960348.
  27. ^ Séron K, Blondel MO, Haguenauer-Tsapis R, Volland C (1999). "Uracilem indukovaná down-regulace kvasinkové uracilové permeázy". Journal of Bacteriology. 181 (6): 1793–1800. doi:10.1128 / JB.181.6.1793-1800.1999. PMC  93577. PMID  10074071 - přes jb.asm.org.

externí odkazy