Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Урацил
Структурная формула урацила
Шаровидная модель урацила
Заполняющая пространство модель урацила
Имена
Название ИЮПАК
Пиримидин-2,4 (1 H , 3 H ) -дион
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
C 4 H 4 N 2 O 2
Молярная масса112,08676 г / моль
ВнешностьТвердый
Плотность1,32 г / см 3
Температура плавления335 ° С (635 ° F, 608 К) [1]
Точка кипенияN / A - разлагается
Растворимость в воде
Растворимый
Опасности
Основные опасностиканцероген и тератоген при хроническом воздействии
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHSПредупреждение
Формулировки опасности GHS
H315 , H319 , H335 , H361
Меры предосторожности GHS
Р201 , Р202 , Р261 , Р264 , Р271 , Р280 , Р281 , Р302 + 352 , Р304 + 340 , P305 + 351 + 338 , P308 + 313 , P312 , P321 , P332 + 313 , P337 + 313 , P362 , P403 + 233 , P405 , P501
NFPA 704 (огненный алмаз)
Flammability code 1: Must be pre-heated before ignition can occur. Flash point over 93 °C (200 °F). E.g. canola oilHealth code 1: Exposure would cause irritation but only minor residual injury. E.g. turpentineReactivity (yellow): no hazard codeSpecial hazards (white): no codeNFPA 704 четырехцветный алмаз
1
1
точка возгоранияНегорючий
Родственные соединения
Родственные соединения
Тимин
цитозин
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Урацил ( / J ʊər ə с ɪ л / ; U ) является одним из четырех нуклеотидов в нуклеиновой кислоты РНК , которые представлены буквами А, G, С и U. Остальные аденин (А), цитозина (С ) и гуанин (G). В РНК урацил связывается с аденином двумя водородными связями . В ДНК азотистое основание урацила заменено тимином . Урацил - это деметилированная форма тимина .

Урацил является распространенным и встречающимся в природе производным пиримидина . [2] Название «урацил» было придумано в 1885 году немецким химиком Робертом Берендом , который пытался синтезировать производные мочевой кислоты . [3] Первоначально открыт в 1900 году Alberto Асколи, он был выделен гидролизом из дрожжей нуклеиновые ; [4] он также был обнаружен в тимусе и селезенке крупного рогатого скота , сперме сельди и зародышах пшеницы . [5] Это плоское ненасыщенное соединение, способное поглощать свет. [6]

На основании 12 C / 13 C изотопные отношения из органических соединений , найденных в метеорите Мерчисона , считаются , что урацил, ксантин , и родственные молекулы могут быть также образована инопланетной. [7] [8]

В 2012 году анализ данных миссии Кассини на орбите в системе Сатурна показал, что в состав поверхности Титана может входить урацил. [9]

Свойства [ править ]

В РНК урацил соединяется с аденином и замещает тимин во время транскрипции ДНК. Метилирование урацила дает тимин. [10] В ДНК эволюционная замена тимина на урацил может повысить стабильность ДНК и повысить эффективность репликации ДНК (обсуждается ниже). Урацил соединяется с аденином посредством водородных связей . При образовании пары оснований с аденином урацил действует как акцептор водородных связей и как донор водородных связей. В РНК урацил связывается с сахаром рибозы с образованием рибонуклеозида уридина . Когда фосфатприсоединяется к уридину, образуется уридин-5'-монофосфат. [6]

Урацил претерпевает таутомерные сдвиги амид-имидиевая кислота, потому что любая ядерная нестабильность, которую молекула может иметь из-за отсутствия формальной ароматичности , компенсируется циклической амидной стабильностью. [5] амид таутомера упоминается как лактам структура, в то время как кислота таутомер imidic упоминается как лактимная структура. Эти таутомерные формы преобладают при pH  7. Структура лактама является наиболее распространенной формой урацила.

Таутомеры урацила : структура амида или лактама (слева) и структура имида или лактима (справа)

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

C 4 H 4 N 2 O 2 → H 3 NCH 2 CH 2 COO - + NH 4 + + CO 2

Окислительное разложение урацила дает мочевину и малеиновую кислоту в присутствии H 2 O 2 и Fe 2+ или в присутствии двухатомного кислорода и Fe 2+ .

Урацил - слабая кислота . Первый сайт ионизации урацила неизвестен. [11] Отрицательный заряд переносится на анион кислорода и производит p K a меньше или равное 12. Основное p K a  = -3,4, а кислотное p K a = 9,38 9 . В газовой фазе урацил имеет 4 более кислых участка, чем вода. [12]

В ДНК [ править ]

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 путем эволюции, 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

  • ДНК нескольких фагов [14]
  • Развитие эндоптериготы
  • Гипермутации при синтезе антител позвоночных. [ необходима цитата ]

Синтез [ править ]

В научной статье, опубликованной в октябре 2009 года, ученые НАСА сообщили, что воспроизвели урацил из пиримидина , подвергнув его воздействию ультрафиолетового света в условиях, подобных космическим. Это предполагает, что одним из возможных естественных источников урацила в мире РНК могла быть панспермия . [15] Совсем недавно, в марте 2015 года, ученые НАСА сообщили , что, в первый раз, дополнительный комплекс ДНК и РНК органических соединений из жизни , в том числе урацил, цитозин и тимин , были сформированы в лаборатории под космическом пространствеусловия, используя исходные химические вещества, такие как пиримидин , обнаруженные в метеоритах . По мнению ученых, пиримидин, как и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), наиболее богатое углеродом химическое вещество во Вселенной , могло образоваться в красных гигантах или в межзвездных облаках пыли и газа. [16]

Есть много доступных лабораторных синтезов урацила. Первая реакция является простейшим из синтезов, путем добавления воды к цитозину для получения урацила и аммиака : [2]

C 4 H 5 N 3 O + H 2 O → C 4 H 4 N 2 O 2 + NH 3

Наиболее распространенный способ синтезировать урацил это с помощью конденсации из яблочной кислоты с мочевиной в дымящей серной кислоты : [5]

C 4 H 4 O 4 + NH 2 CONH 2 → C 4 H 4 N 2 O 2 + 2 H 2 O + CO

Урацил можно также синтезировать двойным разложением тиоурацила в водной хлоруксусной кислоте . [5]

Фотодегидрирование 5,6-диурацила, который синтезируется при взаимодействии бета- аланина с мочевиной , дает урацил. [17]

Реакции [ править ]

Урацил легко подвергается регулярным реакциям, включая окисление , нитрование и алкилирование . В присутствии фенола (PhOH) и гипохлорита натрия (NaOCl) урацил можно увидеть в ультрафиолетовом свете . [5] Урацил также способен реагировать с элементарными галогенами из-за наличия более чем одной сильно электронодонорной группы. [5]

Химическая структура уридина

Урацил легко присоединяется к сахарам и фосфатам рибозы, чтобы участвовать в синтезе и дальнейших реакциях в организме. Урацил превращается в уридин , монофосфат уридина (UMP), дифосфат уридина (UDP), трифосфат уридина (UTP) и уридиндифосфат глюкозу (UDP-глюкозу). Каждая из этих молекул синтезируется в организме и выполняет определенные функции.

Когда урацил реагирует с безводным гидразином , происходит кинетическая реакция первого порядка, и кольцо урацила открывается. [18] Если pH реакции увеличивается до> 10,5, образуется анион урацила, в результате чего реакция идет намного медленнее. Такое же замедление реакции происходит при снижении pH из-за протонирования гидразина. [18] Реакционная способность урацила остается неизменной даже при изменении температуры. [18]

Использует [ редактировать ]

Урацил используется в организме для помощи в синтезе многих ферментов, необходимых для функционирования клеток, посредством связывания с рибозами и фосфатами. [2] Урацил служит аллостерическим регулятором и коферментом для реакций у животных и растений. [19] UMP контролирует активность карбамоилфосфатсинтетазы и аспартат-транскарбамоилазы в растениях, в то время как UDP и UTP требуют активности CPSase II у животных . UDP-глюкоза регулирует превращение глюкозы в галактозу в печени и других тканях в процессе углеводного обмена.. [19] урацил также участвует в биосинтезе из полисахаридов и транспортировки сахаров , содержащих альдегиды . [19] Урацил важен для детоксикации многих канцерогенов , например, содержащихся в табачном дыме. [20] Урацил также необходим для детоксикации многих наркотиков, таких как каннабиноиды (ТГК) [21] и морфин (опиоиды). [22] Он также может немного увеличить риск рака в необычных случаях, когда в организме крайне дефицит фолиевой кислоты . [23] Дефицит фолиевой кислоты приводит к увеличению соотношения монофосфатов дезоксиуридина.(dUMP) / дезокситимидинмонофосфаты (dTMP) и неправильное включение урацила в ДНК и, в конечном итоге, низкое производство ДНК. [23]

Урацил можно использовать для доставки лекарств и в качестве фармацевтического средства . Когда элементарный фтор реагирует с урацилом, они производят 5-фторурацил . 5-Фторурацил - это противоопухолевый препарат ( антиметаболит ), используемый для маскировки под урацил в процессе репликации нуклеиновых кислот. [2] Поскольку 5-фторурацил похож по форме на урацил, но не имеет такого же химического состава, как урацил, препарат подавляет ферменты репликации РНК , тем самым блокируя синтез РНК и останавливая рост раковых клеток. [2] Урацил также можно использовать в синтезе кофеина. [24]

Урацил можно использовать для определения микробного загрязнения помидоров . Присутствие урацила указывает на заражение плодов молочнокислыми бактериями . [25] Производные урацила, содержащие диазиновое кольцо, используются в пестицидах . [26] Производные урацила чаще используются в качестве антифотосинтетических гербицидов , уничтожающих сорняки хлопка , сахарной свеклы , репы , сои , гороха , подсолнечника , виноградников , ягод.плантации и фруктовые сады . [26]

В дрожжах концентрации урацила обратно пропорциональны пермеазе урацила. [27]

Смеси, содержащие урацил, также обычно используются для тестирования колонок для обращенно-фазовой ВЭЖХ . 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.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Myers RL, Myers RL (2007). 100 важнейших химических соединений . С. 92–93. ISBN 9780313337581.[ требуется полная ссылка ]
  2. ^ Б с д е е г Garrett RH, Гриши CM (1997). Принципы биохимии с фокусом на человека . США: Брукс / Коул Томсон Обучение.
  3. ^ Беренд R (1885). "Versuche zur Synthese von Körpern der Harnsäurereihe" [Эксперименты по синтезу веществ ряда мочевой кислоты]. 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." [Таким образом, это же соединение представлено как метиловое производное соединения, которое я произвольно назову « 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. DOI : 10.1515 / bchm2.1901.31.1-2.161 . Архивировано из оригинального 12 мая 2018 года.
  5. ^ Б с д е е Brown DJ, Evans РФ, Коудена ВБ, Фенн MD (1994). Тейлор EC (ред.). Пиримидины . Гетероциклические соединения. 52 . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley. ISBN 9780471506560. Архивировано 12 мая 2018 года.
  6. ^ a b Horton HR, Moran LA, Ochs RS, Rawn DJ, Scrimgeour KG (2002). Принципы биохимии (3-е изд.). Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN 9780130266729.
  7. ^ Мартинс Z, Ботта О, Фогель Л., Сефтон М.А., Главин ДП, Уотсон JS, и др. (2008). «Внеземные азотистые основания в метеорите Мерчисон». Письма о Земле и планетологии . 270 (1–2): 130–136. arXiv : 0806.2286 . Bibcode : 2008E & PSL.270..130M . DOI : 10.1016 / j.epsl.2008.03.026 . S2CID 14309508 . 
  8. ^ "Мы все можем быть космическими пришельцами: Исследование" . AFP . 20 августа 2009 года. Архивировано 17 июня 2008 года . Дата обращения 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 . Архивировано 18 июля 2005 года.
  11. ^ Зорбах WW, Типсон RS (1973). Синтетические процедуры в химии нуклеиновых кислот: физические и физико-химические средства определения структуры . 2 . Нью-Йорк, штат 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 сайта и биологические последствия» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 13 (8): 985–95. DOI : 10.1016 / S1044-0305 (02) 00410-5 . PMID 12216739 . 
  13. ^ Békési A, Vértessy BG (2011). «Урацил в ДНК: ошибка или сигнал?» . Наука в школе : 18. Архивировано из оригинала 23 марта 2016 года.
  14. ^ Ван Z, Mosbaugh DW (март 1988). «Ингибитор урацил-ДНК-гликозилазы бактериофага PBS2: клонирование и эффекты экспрессии гена ингибитора в Escherichia coli» . Журнал бактериологии . 170 (3): 1082–91. DOI : 10.1128 / JB.170.3.1082-1091.1988 . PMC 210877 . PMID 2963806 .  
  15. ^ Marlaire R (5 ноября 2009). «НАСА воспроизводит строительный блок жизни в лаборатории» . НАСА . Архивировано 4 марта 2016 года . Дата обращения 5 марта 2015 .
  16. ^ Marlaire R (3 марта 2015). «НАСА Эймс воспроизводит строительные блоки жизни в лаборатории» . НАСА . Архивировано 5 марта 2015 года . Дата обращения 5 марта 2015 .
  17. ^ Читтенден GJ, Шварц AW (1976). «Возможный путь синтеза пребиотика урацила путем фотодегидрирования». Природа . 263 (5575): 350–1. Bibcode : 1976Natur.263..350C . DOI : 10.1038 / 263350a0 . PMID 958495 . S2CID 4166393 .  
  18. ^ a b c Кочетков Н.К .; Будовский, Е.И., ред. (1972). Органическая химия нуклеиновых кислот . Часть Б. Нью-Йорк: Пленум Пресс. DOI : 10.1007 / 978-1-4684-2973-2 . ISBN 9781468429756.
  19. ^ а б в Браун EG (1998). Браун EG (ред.). Кольцевой азот и ключевые биомолекулы: биохимия N-гетероциклов . Бостон, Массачусетс: Lluwer Academic Publishers. DOI : 10.1007 / 978-94-011-4906-8 . ISBN 9780412835704. S2CID  9708198 .
  20. ^ Olson KC, вс D, G Chen, Шарма AK, Амин S, Ropson IJ, Спратт TE, Lazarus P (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. 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). «Характеристика человеческих печеночных и внепеченочных ферментов UDP-глюкуронозилтрансферазы, участвующих в метаболизме классических каннабиноидов» . Метаболизм и утилизация лекарств . 37 (7): 1496–1504. DOI : 10,1124 / dmd.109.026898 . PMC 2698943 . PMID 19339377 .  
  22. ^ De Gregori S, De Gregori M, Ranzani GN, Аллегри M, Minella C, Regazzi M (2012). «Метаболизм морфина, транспорт и расположение мозга» . Метаболическая болезнь мозга . 27 (1): 1–5. DOI : 10.1007 / s11011-011-9274-6 . PMC 3276770 . PMID 22193538 .  
  23. ^ a b 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. DOI : 10.1016 / j.ab.2004.03.065 . PMID 15183762 . 
  24. ^ Zajac М.А., Zakrzewski А.Г., Kowal М.Г., Нараян S (2003). «Новый метод синтеза кофеина из урацила». Синтетические коммуникации . 33 (19): 3291–7. DOI : 10,1081 / SCC-120023986 . S2CID 43220488 . 
  25. ^ Идальго А, Помпеи С, Галли А, Cazzola S (2005). «Урацил как показатель контаминации томатных продуктов молочнокислыми бактериями». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 53 (2): 349–55. DOI : 10.1021 / jf0486489 . PMID 15656671 . 
  26. ^ a b 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 Уайли и сыновья. ISBN 9780471960348.
  27. ^ Seron К, Блондель МО, Haguenauer-Tsapis R, Волланд С (1999). «Урацил-индуцированное подавление дрожжевой урацилпермеазы» . Журнал бактериологии . 181 (6): 1793–1800. DOI : 10.1128 / JB.181.6.1793-1800.1999 . PMC 93577 . PMID 10074071 - через jb.asm.org.  

Внешние ссылки [ править ]

  • Урацил МС Спектр