Uracyl
|
|||
|
|||
| Nazwy | |||
|---|---|---|---|
|
Preferowana nazwa IUPAC
Pirymidyno-2,4(1H , 3H ) -dion |
|||
Inne nazwy
|
|||
| Identyfikatory | |||
|
Model 3D ( JSmol )
|
|||
| 3DMet | |||
| 606623 | |||
| CHEBI | |||
| CHEMBL | |||
| ChemSpider | |||
| Bank Leków | |||
| Karta informacyjna ECHA | 100.000.565 | ||
| Numer WE |
|
||
| 2896 | |||
| KEGG | |||
|
Identyfikator klienta PubChem
|
|||
| Numer RTECS |
|
||
| UNII | |||
|
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|||
|
|||
| Nieruchomości | |||
| C4H4N2O2 _ _ _ _ _ _ _ | |||
| Masa cząsteczkowa | 112,08676 g/mol | ||
| Wygląd | Solidny | ||
| Gęstość | 1,32 g/cm 3 | ||
| Temperatura topnienia | 335 ° C (635 ° F; 608 K) | ||
| Temperatura wrzenia | Nie dotyczy – rozkłada się | ||
| Rozpuszczalny | |||
| Zagrożenia | |||
| Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP): | |||
|
Główne zagrożenia
|
rakotwórcze i teratogenne z chroniczną ekspozycją | ||
| Oznakowanie GHS : | |||
 
|
|||
| Ostrzeżenie | |||
| H315 , H319 , H335 , H361 | |||
| P201 , P202 , P261 , P264 , P271 , P280 , P281 , P302+P352 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P308+P313 , P312 , P321 , P332 + P313 , P337 + P31 3 , P362 , P403 + P233 , P405 , P501 | |||
| NFPA 704 (ognisty diament) | |||
| Punkt zapłonu | Nie palne | ||
| Związki pokrewne | |||
|
Związki pokrewne
|
Tymina Cytozyna |
||
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).
|
|||
Uracyl ( / jedną j ʊər ə s ɪ l / ) ( symbol U lub Ura ) jest z czterech zasad nukleinowych w RNA kwasu nukleinowego . Pozostałe to adenina (A), cytozyna (C) i guanina (G). W RNA uracyl wiąże się z adeniną poprzez dwa wiązania wodorowe . W DNA nukleozasada uracylowa jest zastąpiona przez tyminę (T). Uracyl jest odmetylowaną formą tyminy .
Uracyl jest powszechną i naturalnie występującą pochodną pirymidyny . Nazwa „uracyl” została ukuta w 1885 roku przez niemieckiego chemika Roberta Behrenda , który próbował zsyntetyzować pochodne kwasu moczowego . Pierwotnie odkryta w 1900 roku przez Alberto Ascoli , została wyizolowana przez hydrolizę nukleiny drożdży ; stwierdzono również w grasicy i śledzionie bydlęcej , spermie śledzia i kiełkach pszenicy . Jest to płaski, nienasycony związek, który ma zdolność pochłaniania światła.
Na podstawie stosunków izotopowych 12 C/ 13 C związków organicznych znalezionych w meteorycie Murchison uważa się, że uracyl, ksantyna i pokrewne cząsteczki mogą również powstawać pozaziemskie. Dane z misji Cassini , orbitującej w układzie Saturna , sugerują, że uracyl jest obecny na powierzchni księżyca Tytana .
Nieruchomości
W RNA zasady uracylu łączą się w pary z adeniną i zastępują tyminę podczas transkrypcji DNA. Metylacja uracylu prowadzi do powstania tyminy. W DNA ewolucyjne zastąpienie uracylu tyminą mogło zwiększyć stabilność DNA i poprawić wydajność replikacji DNA (omówione poniżej). Uracyl łączy się z adeniną poprzez wiązania wodorowe . Podczas parowania zasad z adeniną uracyl działa zarówno jako akceptor wiązań wodorowych, jak i donor wiązań wodorowych. W RNA uracyl wiąże się z rybozy , tworząc rybonukleozyd urydyna . Kiedy fosforan przyłącza się do urydyny, powstaje 5′-monofosforan urydyny.
Uracyl podlega przesunięciom tautomerycznym kwasu amidowo-imidowego, ponieważ jakakolwiek niestabilność jądrowa, jaką cząsteczka może mieć z powodu braku formalnej aromatyczności , jest kompensowana przez stabilność cykliczno-amidową. Tautomer amidowy jest określany jako struktura laktamowa , podczas gdy tautomer kwasu imidowego jest określany jako struktura laktimowa . Te formy tautomeryczne dominują przy pH 7. Struktura laktamu jest najpowszechniejszą formą uracylu.
-
Tautomery uracylu : struktura amidowa lub laktamowa (po lewej) i struktura imidowa lub laktimowa (po prawej)
Uracyl również podlega recyklingowi, tworząc nukleotydy, przechodząc serię reakcji fosforybozylotransferazy. Degradacja uracylu prowadzi do powstania substratów β-alaniny , dwutlenku węgla i amoniaku .
- do 4 H 4 N 2 O 2 → H 3 NCH 2 CH 2 COO − + NH + 4 + CO 2
Oksydacyjna degradacja uracylu prowadzi do powstania mocznika i kwasu maleinowego w obecności H 2 O 2 i Fe 2+ lub w obecności tlenu dwuatomowego i Fe 2+ .
Uracyl jest słabym kwasem . Nie jest znane pierwsze miejsce jonizacji uracylu. Ujemny ładunek jest umieszczony na anionie tlenu i daje p Ka mniejsze Ka lub równe 12. Zasadowe p Ka = −3,4, podczas gdy kwaśne p = 9,38 9 . W fazie gazowej uracyl ma cztery miejsca, które są bardziej kwaśne niż woda.
w DNA
Uracyl rzadko występuje w DNA i mogła to być zmiana ewolucyjna mająca na celu zwiększenie stabilności genetycznej. Dzieje się tak, ponieważ cytozyna może spontanicznie dezaminować, tworząc uracyl poprzez deaminację hydrolityczną. Dlatego, gdyby istniał organizm, który wykorzystywałby uracyl w swoim DNA, deaminacja cytozyny (która ulega parowaniu zasad z guaniną) doprowadziłaby do powstania uracylu (który tworzył pary zasad z adeniną) podczas syntezy DNA. Glikozylaza uracylo-DNA wycina zasady uracylu z dwuniciowego DNA. Enzym ten rozpoznawałby więc i wycinał oba rodzaje uracylu – ten wbudowywany naturalnie i ten powstały w wyniku deaminacji cytozyny, co uruchomiłoby niepotrzebne i nieodpowiednie procesy naprawcze.
Uważa się, że problem ten został rozwiązany ewolucyjnie, czyli poprzez „znakowanie” (metylację) uracylu. Metylowany uracyl jest identyczny z tyminą. Stąd hipoteza, że z czasem tymina stała się standardem w DNA zamiast uracylu. Tak więc komórki nadal używają uracylu w RNA, a nie w DNA, ponieważ RNA jest krótsze niż DNA, a wszelkie potencjalne błędy związane z uracylem nie prowadzą do trwałych uszkodzeń. Najwyraźniej albo nie było presji ewolucyjnej, aby zastąpić uracyl w RNA bardziej złożoną tyminą, albo uracyl ma pewne właściwości chemiczne przydatne w RNA, których tymina nie ma. DNA zawierające uracyl nadal istnieje, na przykład w
- DNA kilku fagów
- Rozwój endopterygoty
- Hipermutacje podczas syntezy przeciwciał kręgowców. [ potrzebne źródło ]
Synteza
W artykule naukowym opublikowanym w październiku 2009 roku naukowcy z NASA poinformowali, że odtworzyli uracyl z pirymidyny poprzez wystawienie go na działanie światła ultrafioletowego w warunkach zbliżonych do kosmicznych. Sugeruje to, że jednym z możliwych naturalnych źródeł uracylu w świecie RNA mogła być panspermia . Niedawno, w marcu 2015 r. , naukowcy z NASA poinformowali, że po raz pierwszy dodatkowe złożone związki organiczne DNA i RNA , w tym uracyl, cytozyna i tymina zostały utworzone w laboratorium w warunkach kosmicznych , przy użyciu wyjściowych substancji chemicznych, takich jak pirymidyna , znalezionych w meteorytach . Zdaniem naukowców pirymidyna, podobnie jak wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), najbogatsza w węgiel substancja chemiczna występująca we Wszechświecie , mogła powstać w czerwonych olbrzymach lub w międzygwiazdowych obłokach pyłu i gazu.
jest wiele laboratoryjnych syntez uracylu. Pierwsza reakcja jest najprostszą z syntez, polegającą na dodaniu wody do cytozyny w celu wytworzenia uracylu i amoniaku :
- C 4 H 5 N 3 O + H 2 O → C 4 H 4 N 2 O 2 + NH 3
Najczęstszym sposobem syntezy uracylu jest kondensacja kwasu jabłkowego z mocznikiem w dymiącym kwasie siarkowym :
- C 4 H 4 O 4 + NH 2 CONH 2 → C 4 H 4 N 2 O 2 + 2 H 2 O + CO
Uracyl można również zsyntetyzować przez podwójny rozkład tiouracylu w wodnym roztworze kwasu chlorooctowego .
Fotodehydrogenacja 5,6-diuracylu, który jest syntetyzowany w reakcji beta- alaniny z mocznikiem , prowadzi do powstania uracylu.
Reakcje
Uracyl łatwo ulega regularnym reakcjom, w tym utlenianiu , nitrowaniu i alkilowaniu . W obecności fenolu (PhOH) i podchlorynu sodu (NaOCl) uracyl można uwidocznić w świetle ultrafioletowym . Uracyl ma również zdolność reagowania z halogenami elementarnymi ze względu na obecność więcej niż jednej grupy silnie elektronodonorowej.
Uracyl łatwo ulega dodaniu do cukrów rybozowych i fosforanów , aby wziąć udział w syntezie i dalszych reakcjach w organizmie. Uracyl staje się urydyną , monofosforanem urydyny (UMP), difosforanem urydyny (UDP), trifosforanem urydyny (UTP) i difosforanem urydyny, glukozą (UDP-glukoza). Każda z tych cząsteczek jest syntetyzowana w organizmie i pełni określone funkcje.
Kiedy uracyl reaguje z bezwodną hydrazyną , zachodzi reakcja kinetyczna pierwszego rzędu i otwiera się pierścień uracylu. Jeśli pH reakcji wzrośnie do > 10,5, tworzy się anion uracylu, co powoduje, że reakcja przebiega znacznie wolniej. To samo spowolnienie reakcji występuje, gdy pH spada z powodu protonowania hydrazyny. Reaktywność uracylu pozostaje niezmieniona, nawet jeśli zmienia się temperatura.
Używa
Wykorzystanie uracylu w organizmie polega na pomocy w przeprowadzeniu syntezy wielu enzymów niezbędnych do funkcjonowania komórek poprzez wiązanie z rybozami i fosforanami. Uracyl służy jako allosteryczny regulator i koenzym reakcji u zwierząt i roślin. UMP kontroluje aktywność syntetazy fosforanu karbamoilu i transkarbamoilazy asparaginianowej w roślinach, podczas gdy UDP i UTP regulują aktywność CPSazy II u zwierząt . UDP-glukoza reguluje przemianę glukozy w galaktozę w wątrobie i innych tkanek w procesie metabolizmu węglowodanów . Uracyl bierze również udział w biosyntezie polisacharydów i transporcie cukrów zawierających aldehydy . Uracyl jest ważny dla detoksykacji wielu czynników rakotwórczych , na przykład tych znajdujących się w dymie tytoniowym. Uracyl jest również wymagany do detoksykacji wielu leków, takich jak kannabinoidy (THC) i morfina (opioidy). Może również nieznacznie zwiększać ryzyko zachorowania na raka w nietypowych przypadkach, w których organizm ma skrajny niedobór kwasu foliowego . Niedobór kwasu foliowego prowadzi do zwiększonego stosunku monofosforanów dezoksyurydyny (dUMP)/ monofosforanów dezoksytymidyny (dTMP) i błędnego włączania uracylu do DNA i ostatecznie do niskiej produkcji DNA.
Uracyl może być stosowany do dostarczania leków i jako środek farmaceutyczny . Kiedy elementarny fluor reaguje z uracylem, wytwarzają 5-fluorouracyl . 5-fluorouracyl jest lekiem przeciwnowotworowym ( antymetabolitem ) używanym do maskowania się jako uracyl podczas procesu replikacji kwasu nukleinowego. Ponieważ 5-fluorouracyl ma podobny kształt do uracylu, ale nie podlega temu samemu chemii, lek ten hamuje RNA enzymów transkrypcyjnych, blokując w ten sposób syntezę RNA i hamując wzrost komórek nowotworowych. Uracyl może być również stosowany w syntezie kofeiny. Uracyl wykazał również potencjał jako inhibitor kapsydu wirusa HIV. Pochodne uracylu mają działanie przeciwgruźlicze i przeciwleiszmanialne.
Uracyl można wykorzystać do określenia zanieczyszczenia mikrobiologicznego pomidorów . Obecność uracylu wskazuje na zanieczyszczenie owoców bakteriami kwasu mlekowego . Pochodne uracylu zawierające pierścień diazynowy są stosowane w pestycydach . Pochodne uracylu są coraz częściej stosowane jako herbicydy antyfotosyntetyczne , niszczące chwasty w uprawach bawełny , buraka cukrowego , rzepy , soi , grochu , słonecznika , winnice , plantacje jagód i sady .
U drożdży stężenie uracylu jest odwrotnie proporcjonalne do permeazy uracylu.
Mieszaniny zawierające uracyl są również powszechnie stosowane do testowania kolumn HPLC z odwróconą fazą . Ponieważ uracyl zasadniczo nie jest zatrzymywany przez niepolarną fazę stacjonarną, można to wykorzystać do określenia czasu przebywania (a następnie objętości przebywania, przy znanej szybkości przepływu) systemu.
Linki zewnętrzne
| Kontrola władz : krajowa |
|---|