Урацил - Uracil

Урацил
Структурная формула урацила
Шаровидная модель урацила
Заполняющая пространство модель урацила
Имена
Название ИЮПАК
Пиримидин-2,4 (1ЧАС,3ЧАС) -диона
Другие имена
2-окси-4-оксипиримидин,
2,4 (1H, 3H) -пиримидиндион,
2,4-дигидроксипиримидин,
2,4-пиримидиндиол
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
3DMet
606623
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard100.000.565 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 200-621-9
2896
КЕГГ
Номер RTECS
  • YQ8650000
UNII
Характеристики
C4ЧАС4N2О2
Молярная масса112,08676 г / моль
ВнешностьТвердый
Плотность1,32 г / см3
Температура плавления 335 ° С (635 ° F, 608 К)[1]
Точка кипенияN / A - разлагается
Растворимый
Опасности
Главный опасностиканцероген и тератоген с хроническим воздействием
Пиктограммы GHSGHS07: ВредноGHS08: Опасность для здоровья
Сигнальное слово GHSПредупреждение
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 (огненный алмаз)
точка возгоранияНегорючий
Родственные соединения
Родственные соединения
Тимин
Цитозин
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Урацил (/ˈjʊərəsɪл/; U) является одним из четырех азотистые основания в нуклеиновая кислота РНК которые представлены буквами A, G, C и U. Остальные аденин (А), цитозин (C) и гуанин (ГРАММ). В РНК урацил связывается с аденин через два водородные связи. В ДНК, азотистое основание урацила заменяется на тимин. Урацил - это деметилированный форма тимин.

Урацил является обычным и встречающимся в природе пиримидин производная.[2] Название «урацил» было придумано в 1885 году немецким химиком. Роберт Беренд, который пытался синтезировать производные мочевая кислота.[3] Первоначально обнаруженный в 1900 году Альберто Асколи, он был изолирован гидролиз из дрожжи нуклеин;[4] это также было найдено в бык вилочковая железа и селезенка, сельдь сперма, и пшеница зародыш.[5] Это плоское ненасыщенное соединение, способное поглощать свет.[6]

На основе 12C /13C изотопные отношения из органические соединения найдено в Метеорит Мерчисон, считается, что урацил, ксантин, и родственные молекулы также могут образовываться внеземными цивилизациями.[7][8]

В 2012 году анализ данных с Миссия Кассини на орбите в Сатурн система показала, что Титан Поверхностный состав может включать урацил.[9]

Характеристики

В РНК урацил пар оснований с аденином и заменяет тимин во время транскрипции ДНК. Метилирование урацила производит тимин.[10] В ДНК эволюционная замена тимина на урацил, возможно, повысила стабильность ДНК и повысила эффективность Репликация ДНК (обсуждается ниже). Урацил соединяется с аденином через водородная связь. Когда базовая пара с аденином урацил действует как водородная связь акцептор и донор водородной связи. В РНК урацил связывается с рибоза сахар, чтобы сформировать рибонуклеозид уридин. Когда фосфат присоединяется к уридину, образуется уридин-5'-монофосфат.[6]

Урацил претерпевает таутомерные сдвиги амид-имидиевая кислота из-за любой ядерной нестабильности, которую молекула может иметь из-за отсутствия формальных ароматичность компенсируется циклически-амидной стабильностью.[5] Амид таутомер называется лактам структура, в то время как таутомер имидовой кислоты упоминается как лактим структура. Эти таутомерные формы преобладают у pH 7. Лактамная структура является наиболее распространенной формой урацила.

Урацил таутомеры: Амид или же лактам структура (слева) и имид или же лактим структура (справа)

Урацил также перерабатывается с образованием нуклеотидов, подвергаясь серии реакций фосфорибозилтрансферазы.[2] При разложении урацила образуются субстраты. аспартат, углекислый газ, и аммиак.[2]

C4ЧАС4N2О2 → H3NCH2CH2COO− + NH4+ + CO2

Окислительное разложение урацила приводит к образованию мочевины и малеиновой кислоты в присутствии ЧАС2О2 и Fe2+ или в присутствии двухатомных кислород и Fe2+.

Урацил - это слабая кислота. Первый сайт ионизация урацила не известно.[11] Отрицательный заряд переносится на анион кислорода и производит пKа меньше или равно 12. Базовый pKа = -3,4, а кислый pKа = 9.389. В газовой фазе урацил имеет 4 более кислых участка, чем вода.[12]

В ДНК

Урацил редко встречается в ДНК, и это могло быть эволюционным изменением, направленным на повышение генетической стабильности. Это связано с тем, что цитозин может спонтанно дезаминироваться с образованием урацила путем гидролитического дезаминирования. Следовательно, если бы существовал организм, который использовал урацил в своей ДНК, дезаминирование цитозина (которое подвергается спариванию оснований с гуанином) привело бы к образованию урацила (который бы спаривался с аденином) во время синтеза ДНК.Урацил-ДНК гликозилаза вырезает основания урацила из двухцепочечной ДНК. Таким образом, этот фермент будет распознавать и вырезать оба типа урацила - тот, который включен естественным образом, и тот, который образуется в результате дезаминирования цитозина, что запускает ненужные и несоответствующие процессы восстановления.[13]

Считается, что эта проблема была решена эволюционным путем, то есть путем «метки» (метилирования) урацила. Метилированный урацил идентичен тимину. Отсюда и гипотеза, что со временем тимин стал стандартом в ДНК вместо урацила. Таким образом, клетки продолжают использовать урацил в РНК, а не в ДНК, потому что РНК короче ДНК, и любые возможные ошибки, связанные с урацилом, не приводят к длительному повреждению. По-видимому, либо не было эволюционного давления на замену урацила в РНК более сложным тимином, либо урацил обладает некоторыми химическими свойствами, полезными для РНК, которых нет в тимине. Урацил-содержащая ДНК все еще существует, например, в

Синтез

В научной статье, опубликованной в октябре 2009 г., НАСА ученые сообщили, что воспроизвели урацил из пиримидин подвергая это ультрафиолетовый свет в космических условиях. Это говорит о том, что одним из возможных природных источников урацила является Мир РНК могло бы быть панспермия.[15] Совсем недавно, в марте 2015 года, ученые НАСА сообщили, что впервые дополнительный комплекс ДНК и РНК органические соединения из жизнь, в том числе урацил, цитозин и тимин, сформированы в лаборатории под космическое пространство условиях с использованием исходных химикатов, таких как пиримидин, нашел в метеориты. Пиримидин, как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), химическое вещество с наибольшим содержанием углерода, обнаруженное в Вселенная, возможно, образовались в красные гиганты или в межзвездная пыль и газовые облака, по мнению ученых.[16]

Есть много лабораторий синтезирует урацила в наличии. Первая реакция - самый простой из синтезов: добавление воды к цитозин производить урацил и аммиак:[2]

C4ЧАС5N3O + H2О → С4ЧАС4N2О2 + NH3

Самый распространенный способ синтезировать урацил - это конденсация из яблочная кислота с мочевиной в дымящая серная кислота:[5]

C4ЧАС4О4 + NH2CONH2 → С4ЧАС4N2О2 + 2 часа2O + CO

Урацил также может быть синтезирован двойным разложением тиоурацил в водной хлоруксусная кислота.[5]

Фотодегидрирование 5,6-диурацила, который синтезируется бета-аланин реагируя с мочевина, производит урацил.[17]

Реакции

Урацил легко подвергается регулярным реакциям, в том числе: окисление, нитрование, и алкилирование. Пока в присутствии фенол (PhOH) и гипохлорит натрия (NaOCl) урацил можно визуализировать в ультрафиолетовый свет.[5] Урацил также способен реагировать с элементарным галогены из-за наличия более чем одной сильно электронодонорной группы.[5]

Химическая структура уридина

Урацил легко присоединяется к рибоза сахара и фосфаты участвовать в синтезе и дальнейших реакциях в организме. Урацил становится уридин, монофосфат уридина (UMP), уридиндифосфат (UDP), уридинтрифосфат (UTP) и уридиндифосфат глюкоза (UDP-глюкоза). Каждая из этих молекул синтезируется в организме и выполняет определенные функции.

Когда урацил реагирует с безводным гидразин, происходит кинетическая реакция первого порядка и урациловое кольцо раскрывается.[18] Если pH реакции увеличивается до> 10,5, образуется анион урацила, заставляя реакцию идти намного медленнее. Такое же замедление реакции происходит при понижении pH из-за протонирования гидразина.[18] Реакционная способность урацила остается неизменной даже при изменении температуры.[18]

Использует

Урацил используется в организме для помощи в синтезе многих ферментов, необходимых для функционирования клеток, посредством связывания с рибозами и фосфатами.[2] Урацил служит аллостерический регулятор и кофермент для реакций у животных и растений.[19] UMP контролирует активность карбамоилфосфатсинтетаза и аспартат-транскарбамоилаза в растениях, в то время как UDP и UTP требуют CPSase II деятельность в животные. UDP-глюкоза регулирует превращение глюкоза к галактоза в печень и другие ткани в процессе углеводный обмен.[19] Урацил также участвует в биосинтез из полисахариды и транспортировка сахаров, содержащих альдегиды.[19] Урацил важен для детоксикации многих канцерогены, например, в табачном дыме.[20] Урацил также необходим для детоксикации многих лекарств, таких как каннабиноиды (THC).[21] и морфин (опиоиды).[22] Это также может немного увеличить риск рака в необычных случаях, когда организм испытывает острую нехватку фолиевая кислота.[23] Дефицит фолиевой кислоты приводит к увеличению соотношения монофосфаты дезоксиуридина (свалка)/монофосфаты дезокситимидина (dTMP) и неправильное включение урацила в ДНК и, в конечном итоге, низкое производство ДНК.[23]

Урацил можно использовать при доставки лекарств и как фармацевтический. Когда элементаль фтор реагирует с урацилом, выделяют 5-фторурацил. 5-Фторурацил - противоопухолевый препарат (антиметаболит ) используется для маскировки под урацил в процессе репликации нуклеиновой кислоты.[2] Поскольку 5-фторурацил по форме похож на урацил, но не имеет такого же химического состава, препарат ингибирует РНК ферменты репликации, тем самым блокируя синтез РНК и останавливая рост раковых клеток.[2] Урацил также можно использовать при синтезе кофеина.[24]

Урацил можно использовать для определения микробный заражение помидоры. Наличие урацила указывает на молочная кислота бактерии засорение плода.[25] Производные урацила, содержащие диазин кольца используются в пестициды.[26] Производные урацила чаще используются в качестве антифотосинтетический гербициды, уничтожая сорняки в хлопок, сахарная свекла, репы, соя, горох, подсолнечник посевы, виноградники, ягода плантации и сады.[26]

В дрожжи, концентрации урацила обратно пропорциональны пермеазе урацила.[27]

Смеси, содержащие урацил, также обычно используются для тестирования обращенно-фазовый ВЭЖХ столбцы. Поскольку урацил по существу не удерживается неполярной стационарной фазой, это можно использовать для определения времени пребывания (и, следовательно, объема выдержки при известной скорости потока) системы.

Рекомендации

  1. ^ Майерс Р.Л., Майерс Р.Л. (2007). 100 важнейших химических соединений. С. 92–93. ISBN  9780313337581.[требуется полная цитата ]
  2. ^ а б c d е ж грамм Гарретт Р.Х., Гришем К.М. (1997). Принципы биохимии с фокусом на человека. США: Брукс / Коул Томсон Обучение.
  3. ^ Беренд Р. (1885). "Versuche zur Synthese von Körpern der Harnsäurereihe" [Опыты по синтезу веществ ряда мочевой кислоты]. Annalen der Chemie. 229 (1–2): 1–44. Дои:10.1002 / jlac.18852290102. "Dasselbe stellt sich sonach als Methylderivat der Verbindung: welche ich willkürlich mit dem Namen Uracil belege, dar." [Таким образом, это же соединение представлено как метильное производное соединения, которое я произвольно назову названием «урацил’.] (Со страницы 11.)
  4. ^ Асколи А (1900). "Ueber ein neues Spaltungsprodukt des Hefenucleins" [О новом продукте расщепления нуклеиновой кислоты из дрожжей]. Zeitschrift für Physiologische Chemie. 31 (1–2): 161–4. Дои:10.1515 / bchm2.1901.31.1-2.161. Архивировано из оригинал 12 мая 2018 г.
  5. ^ а б c d е ж Браун DJ, Эванс РФ, Кауден В.Б., Фенн, доктор медицины (1994). Тейлор EC (ред.). Пиримидины. Гетероциклические соединения. 52. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley. ISBN  9780471506560. В архиве из оригинала 12 мая 2018 г.
  6. ^ а б Хортон Х.Р., Моран Л.А., Охс Р.С., Рон Д.Д., Скримджер К.Г. (2002). Принципы биохимии (3-е изд.). Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN  9780130266729.
  7. ^ Martins Z, Botta O, Fogel ML, Sephton MA, Glavin DP, Watson JS, et al. (2008). «Внеземные азотистые основания в метеорите Мерчисон». Письма по науке о Земле и планетах. 270 (1–2): 130–136. arXiv:0806.2286. Bibcode:2008E и PSL.270..130M. Дои:10.1016 / j.epsl.2008.03.026. S2CID  14309508.
  8. ^ "Мы все можем быть космическими пришельцами: исследование". AFP. 20 августа 2009 г. В архиве из оригинала 17 июня 2008 г.. Получено 14 августа 2011.
  9. ^ Кларк Р.Н., Пирсон Н., Браун Р.Х., Крукшанк Д.П., Барнс Дж., Джауманн Р. и др. (2012). «Состав поверхности Титана». Американское астрономическое общество. 44: 201.02. Bibcode:2012DPS .... 4420102C.
  10. ^ «MadSciNet: 24-часовая взрывающаяся лаборатория». www.madsci.org. В архиве с оригинала 18 июля 2005 г.
  11. ^ Зорбах В.В., Типсон Р.С. (1973). Синтетические процедуры в химии нуклеиновых кислот: физические и физико-химические средства определения структуры. 2. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN  9780471984184.
  12. ^ Куринович М.А., Ли Дж. К. (2002). «Кислотность урацила и аналогов урацила в газовой фазе: четыре удивительно кислых участка и биологические последствия». Журнал Американского общества масс-спектрометрии. 13 (8): 985–95. Дои:10.1016 / S1044-0305 (02) 00410-5. PMID  12216739.
  13. ^ Бекеши А., Вертесси Б.Г. (2011). «Урацил в ДНК: ошибка или сигнал?». Наука в школе: 18. Архивировано из оригинал 23 марта 2016 г.
  14. ^ Ван З., Мосбо DW (март 1988 г.). «Ингибитор урацил-ДНК-гликозилазы бактериофага PBS2: клонирование и эффекты экспрессии гена ингибитора в Escherichia coli». Журнал бактериологии. 170 (3): 1082–91. Дои:10.1128 / JB.170.3.1082-1091.1988. ЧВК  210877. PMID  2963806.
  15. ^ Марлер Р. (5 ноября 2009 г.). «НАСА воспроизводит строительный блок жизни в лаборатории». НАСА. В архиве из оригинала 4 марта 2016 г.. Получено 5 мар 2015.
  16. ^ Marlaire R (3 марта 2015 г.). «НАСА Эймс воспроизводит строительные блоки жизни в лаборатории». НАСА. В архиве из оригинала 5 марта 2015 г.. Получено 5 мар 2015.
  17. ^ Читтенден Дж. Дж., Шварц А. В. (1976). «Возможный путь синтеза пребиотика урацила путем фотодегидрирования». Природа. 263 (5575): 350–1. Bibcode:1976Натура 263..350C. Дои:10.1038 / 263350a0. PMID  958495. S2CID  4166393.
  18. ^ а б c Кочетков, Н. К; Будовский, Е.И., ред. (1972). Органическая химия нуклеиновых кислот. Часть Б. Нью-Йорк: Пленум Пресс. Дои:10.1007/978-1-4684-2973-2. ISBN  9781468429756.
  19. ^ а б c Браун EG (1998). Браун EG (ред.). Кольцевой азот и ключевые биомолекулы: биохимия N-гетероциклов. Бостон, Массачусетс: Lluwer Academic Publishers. Дои:10.1007/978-94-011-4906-8. ISBN  9780412835704. S2CID  9708198.
  20. ^ Олсон К.С., Сан Д., Чен Дж., Шарма А.К., Амин С., Ропсон И.Дж., Спратт Т.Э., Лазарус П. (2011). «Характеристика глюкуронирования дибензо [a, l] пирен-транс-11,12-диола (дибензо [def, p] хризен) UDP-глюкуронозилтрансферазами»). Химические исследования в токсикологии. 24 (9): 1549–59. Дои:10.1021 / tx200178v. ЧВК  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). «Характеристика человеческих печеночных и внепеченочных ферментов UDP-глюкуронозилтрансферазы, участвующих в метаболизме классических каннабиноидов». Метаболизм и утилизация лекарств. 37 (7): 1496–1504. Дои:10.1124 / dmd.109.026898. ЧВК  2698943. PMID  19339377.
  22. ^ Де Грегори С., Де Грегори М., Ранзани Г. Н., Аллегри М., Минелла С., Регацци М. (2012). «Метаболизм морфина, транспорт и расположение мозга». Метаболическое заболевание мозга. 27 (1): 1–5. Дои:10.1007 / s11011-011-9274-6. ЧВК  3276770. PMID  22193538.
  23. ^ а б Машияма С.Т., Куртеманш С., Элсон-Шваб И., Кротт Дж., Ли Б.Л., Онг С.Н. и др. (2004). «Урацил в ДНК, определенный с помощью улучшенного анализа, увеличивается, когда дезоксинуклеозиды добавляются к культивированным лимфоцитам человека с дефицитом фолиевой кислоты». Аналитическая биохимия. 330 (1): 58–69. Дои:10.1016 / j.ab.2004.03.065. PMID  15183762.
  24. ^ Заяц М.А., Закжевский А.Г., Коваль М.Г., Нараян С. (2003). «Новый метод синтеза кофеина из урацила». Синтетические коммуникации. 33 (19): 3291–7. Дои:10.1081 / SCC-120023986. S2CID  43220488.
  25. ^ Идальго A, Помпеи C, Галли A, Cazzola S (2005). «Урацил как показатель контаминации томатных продуктов молочнокислыми бактериями». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии. 53 (2): 349–55. Дои:10.1021 / jf0486489. PMID  15656671.
  26. ^ а б Пожарский А.Ф., Солдатенков А.Т., Катрицкий А.Р. (1997). Гетероциклы в жизни и обществе: введение в химию и биохимию гетероциклов и роль гетероциклов в науке, технике, медицине и сельском хозяйстве. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. ISBN  9780471960348.
  27. ^ Серон К., Блондель МО, Хагенауэр-Цапис Р., Волланд С. (1999). «Урацил-индуцированное подавление дрожжевой урацилпермеазы». Журнал бактериологии. 181 (6): 1793–1800. Дои:10.1128 / JB.181.6.1793-1800.1999. ЧВК  93577. PMID  10074071 - через jb.asm.org.

внешняя ссылка