Урацил

редактировать
Не путать с уридином.
Урацил
Структурная формула урацила
Шаровидная модель урацила Заполняющая пространство модель урацила
Имена
Предпочтительное название IUPAC Пиримидин-2,4 (1 H, 3 H) -дион
Другие имена
Идентификаторы
Количество CAS
3D модель ( JSmol )
3DMet
Ссылка на Beilstein 606623
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard 100.000.565 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
Ссылка на Гмелин 2896
IUPHAR / BPS
КЕГГ
PubChem CID
Номер RTECS
UNII
Панель управления CompTox ( EPA)
ИнЧИ
  • InChI = 1S / C4H4N2O2 / c7-3-1-2-5-4 (8) 6-3 / h1-2H, (H2,5,6,7,8) ☒N Ключ: ISAKRJDGNUQOIC-UHFFFAOYSA-N ☒N
Улыбки
Характеристики
Химическая формула C 4 H 4 N 2 O 2
Молярная масса 112,08676 г / моль
Появление Твердый
Плотность 1,32 г / см 3
Температура плавления 335 ° С (635 ° F, 608 К)
Точка кипения N / A - разлагается
Растворимость в воде Растворимый
Опасности
Основные опасности канцероген и тератоген при хроническом воздействии
Пиктограммы GHS GHS07: Вредно GHS08: Опасность для здоровья
Сигнальное слово GHS Предупреждение
Положения об 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) Health code 1: Exposure would cause irritation but only minor residual injury. E.g. turpentine Flammability code 1: Must be pre-heated before ignition can occur. Flash point over 93 °C (200 °F). E.g. canola oil Instability (yellow): no hazard code Special hazards (white): no codeNFPA 704 четырехцветный алмаз 1 1
точка возгорания Не воспламеняется
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 / ) ( символ U или Ura) является одним из четырех нуклеотидов в нуклеиновой кислоты РНК, которые представлены буквами А, G, С и U. Остальные аденин (А), цитозин (C) 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 - обычное и встречающееся в природе производное пиримидина. Название «урацил» было придумано в 1885 году немецким химиком Робертом Берендом, который пытался синтезировать производные мочевой кислоты. Первоначально открыт в 1900 году Alberto Асколи, он был выделен гидролизом из дрожжей нуклеиновые ; он также был обнаружен в тимусе и селезенке крупного рогатого скота, сперме сельди и зародышах пшеницы. Это плоское ненасыщенное соединение, способное поглощать свет.

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.

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

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Недвижимость
    • 1.1 В ДНК
  • 2 Синтез
  • 3 реакции
  • 4 использования
  • 5 ссылки
  • 6 Внешние ссылки

Характеристики

В РНК урацил соединяется с аденином и замещает тимин во время транскрипции ДНК. Метилирование урацила дает тимин. В ДНК эволюционная замена тимина на урацил могла повысить стабильность ДНК и повысить эффективность репликации ДНК (обсуждается ниже). Урацил соединяется с аденином за счет водородных связей. При образовании пары оснований с аденином урацил действует как акцептор водородной связи и как донор водородной связи. В РНК урацил связывается с сахаром рибозы с образованием рибонуклеозида уридина. Когда фосфат присоединяется к уридину, образуется 5'-монофосфат уридина.

Урацил претерпевает таутомерные сдвиги амид-имидная кислота, потому что любая ядерная нестабильность, которую молекула может иметь из-за отсутствия формальной ароматичности, компенсируется циклической амидной стабильностью. Амида таутомер называется 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 фосфорибозилтрансферазных реакций. При разложении урацила на субстратах образуются аспартат, диоксид углерода и аммиак.

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. Первое место ионизации урацила неизвестно. 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.

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 дезаминировать 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.

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, чем 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
  • Развитие эндоптериго
  • Гипермутации при синтезе антител позвоночных.

Синтез

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. 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 при космических условиях, с использованием исходных химических веществ, таких, как пиримидин, обнаруженный в метеоритах. По мнению ученых, пиримидин, как и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), наиболее богатое углеродом химическое вещество во Вселенной, возможно, образовалось в красных гигантах или в межзвездных пылевых и газовых облаках.

Есть много доступных лабораторных синтезов урацила. Первая реакция - простейший из синтезов - добавление воды к цитозину для получения урацила и аммиака :

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 :

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

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

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

Реакции

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

Химическая структура уридина

Урацил легко подвергается добавлению 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. Если pH реакции увеличивается доgt; 10,5, образуется анион урацила, в результате чего реакция идет намного медленнее. Такое же замедление реакции происходит при снижении pH из-за протонирования гидразина. Реакционная способность урацила остается неизменной даже при изменении температуры.

Использует

Урацил используется в организме для помощи в синтезе многих ферментов, необходимых для функционирования клеток, посредством связывания с рибозами и фосфатами. Урацил служит аллостерическим регулятором и коферментом реакций у животных и растений. 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. Урацил также участвует в биосинтезе из полисахаридов и транспортировки сахаров, содержащих альдегиды. Урацил важен для детоксикации многих канцерогенов, например, содержащихся в табачном дыме. Урацил также необходим для детоксикации многих наркотиков, таких как каннабиноиды (ТГК) и морфин (опиоиды). Он также может немного увеличить риск рака в необычных случаях, когда в организме крайне дефицит фолиевой кислоты. Дефицит фолиевой кислоты приводит к увеличению соотношения дезоксиуридинмонофосфатов (dUMP) / дезокситимидинмонофосфатов (dTMP) и неправильному включению урацила в ДНК и, в конечном итоге, к снижению продукции ДНК.

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. Поскольку 5-фторурацил похож по форме на урацил, но не подвергается такому же химическому составу, как урацил, препарат ингибирует ферменты транскрипции РНК, тем самым блокируя синтез РНК и останавливая рост раковых клеток. Урацил также можно использовать при синтезе кофеина.

Урацил можно использовать для определения микробного загрязнения томатов. Присутствие урацила указывает на заражение плодов молочнокислыми бактериями. Производные урацила, содержащие диазиновое кольцо, используются в пестицидах. Производные урацила чаще используются в качестве антифотосинтетических гербицидов, уничтожающих сорняки хлопка, сахарной свеклы, репы, сои, гороха, подсолнечника, виноградников, ягодных плантаций и фруктовых садов.

В дрожжах концентрации урацила обратно пропорциональны пермеазе урацила.

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.

использованная литература

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-04-13 06:23:28
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте