Ուրացիլ
Ուրացիլ (խորհրդանիշ U կամ Ura), ՌՆԹ-ի չորս նուկլեոտիդներից մեկը։ Մյուսներն են ադենինը (A), ցիտոզինը (C) և գուանինը (G): ՌՆԹ-ում ուրացիլը միանում է ադենինին երկու ջրածնային կապերի միջոցով։ ԴՆԹ-ում ուրացիլային նուկլեոտիդը փոխարինվում է թիմինով (T): Ուրացիլը թիմինի դեմեթիլացված ձև է։
| Ուրացիլ | |
|---|---|
 | |
| Քիմիական բանաձև | C₄H₄N₂O₂ |
| Մոլային զանգված | 1,9E−25 կիլոգրամ[1] գ/մոլ |
| Հալման ջերմաստիճան | 339 ± 0 °C[2] և 330 °C[3] °C |
| pKa | 9,45[4] |
| Դասակարգում | |
| CAS համար | 66-22-8 |
| PubChem | 1174 |
| EINECS համար | 200-621-9 |
| SMILES | C1=CNC(=O)NC1=O |
| ЕС | 200-621-9 |
| RTECS | YQ8650000 |
| ChEBI | 1141 |
| Եթե հատուկ նշված չէ, ապա բոլոր արժեքները բերված են ստանդարտ պայմանների համար (25 °C, 100 կՊա) | |
Ուրացիլը սովորական և բնական ծագում ունեցող պիրիմիդինի ածանցյալ է[5]։ «Ուրացիլ» անվանումը ստեղծվել է 1885 թվականին գերմանացի քիմիկոս Ռոբերտ Բեհրենդի կողմից, ով փորձում էր սինթեզել միզաթթվի ածանցյալները[6]։ Սկզբնապես հայտնաբերվել է 1900 թվականին Ալբերտո Ասկոլիի կողմից, այն մեկուսացվել է խմորիչի նուկլեինի հիդրոլիզով[7]։ այն հայտնաբերվել է նաև խոշոր եղջերավոր կենդանիների թիմուսում և փայծաղում, ծովատառեխի սերմնահեղուկում և ցորենի ծիլերում[8]։ Այն չհագեցած միացություն է, որն ունի լույս կլանելու հատկություն[9]։
Հիմնվելով Մուրչիսոնի երկնաքարում հայտնաբերված օրգանական միացությունների 12C/13C իզոտոպային հարաբերակցության վրա՝ ենթադրվում է, որ ուրացիլը, քսանտինը և հարակից մոլեկուլները կարող են ձևավորվել նաև արտաերկրային ճանապարհով,ոչ ԵՐկիր մոլորակում[10][11]։ Սատուրնի համակարգում պտտվող Cassini տվյալները ցույց են տալիս, որ ուրացիլը կա նաև Տիտանի արբանյակի մակերեսին[12]։
Հատկություններ
ՌՆԹ-ում ուրացիլային հիմքը զուգակցվում է ադենինի հետ և ԴՆԹ-ի տրանսկրիպացիայի ժամանակ փոխարինում է թիմինին։ Ուրացիլի մեթիլացումը առաջացնում է թիմին[13]։ ԴՆԹ-ում ուրացիլով տիմինի էվոլյուցիոն փոխարինումը կարող է մեծացնել ԴՆԹ-ի կայունությունը և բարելավել ԴՆԹ-ի վերարտադրության արդյունավետությունը (քննարկվում է ստորև)։ Ուրացիլը զուգակցվում է ադենինի հետ ջրածնային կապի միջոցով։ Ադենինի հետ հիմքի զուգակցման ժամանակ ուրացիլը գործում է և՛ որպես ջրածնային կապի ընդունող, և՛ ջրածնային կապի դոնոր։ ՌՆԹ-ում ուրացիլը կապվում է ռիբոզային շաքարի հետ՝ առաջացնելով ռիբոնուկլեոտիդ ուրիդին։ Երբ ֆոսֆատը միանում է ուրիդինին, առաջանում է ուրիդին 5'-մոնոֆոսֆատ[9]
Ուրացիլը ենթարկվում է ամիդ-իմիդային թթու տավտոմերային տեղաշարժերի, քանի որ ցանկացած միջուկային անկայունություն, որը մոլեկուլը կարող է ունենալ պաշտոնական արոմատիկության բացակայությունից, փոխհատուցվում է ցիկլային-ամիդային կայունությամբ[8]։ Tնա ամիդային տաուտոմերը կոչվում է լակտամային կառուցվածք, մինչդեռ իմիդային թթու տաուտոմերը կոչվում է լակտամային կառուցվածք։ Այս տավտոմերային ձևերը գերակշռում են pH 7-ում։ Լակտամային կառուցվածքը ուրացիլի ամենատարածված ձևն է։
Ուրացիլի տավտոմերներ. ամիդ կամ լակտամային կառուցվածք (ձախ) և իմիդ կամ լակտիմ կառուցվածք (աջ)
Ուրացիլը նաև վերափոխում է իրեն՝ ձևավորելով նուկլեոտիդներ՝ ենթարկվելով մի շարք ֆոսֆորիբոսիլտրանսֆերազային ռեակցիաների[5]։ Ուրացիլի քայքայման արդյունքում առաջանում են β-ալանինի, ածխածնի երկօքսիդի և ամոնիակ սուբստրատները[5]։
- C4H4N2O2→ H3NCH2CH2COO− + NH+4 + CO2
Ուրացիլի օքսիդատիվ քայքայումից առաջանում է միզանյութ և մալեյնաթթու H2O2 և Fe2+ կամ երկատոմային թթվածնի և Fe2+-ի առկայության դեպքում:.
Ուրացիլը թույլ թթու է[14]։ Բացասական լիցքը դրվում է թթվածնի անիոնի վրա և առաջացնում է 12-ից փոքր կամ հավասար pKa: Հիմնական pKa = −3,4, մինչդեռ թթվային pKa-ն = 9,389: Գազային փուլում ուրացիլն ունի չորս տեղայնություններ, որոնք ավելի թթվային են, քան ջուրը.[15]
ԴՆԹ-ում
Ուրացիլը հազվադեպ է հայտնաբերվել ԴՆԹ-ում, և դա կարող է լինել էվոլյուցիոն փոփոխություն՝ գենետիկ կայունությունը բարձրացնելու համար։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ ցիտոսինը կարող է ինքնաբերաբար դեամինանալ՝ հիդրոլիտիկ դեամինացիայի միջոցով առաջացնելով ուրացիլ։ Հետևաբար, եթե գոյություն ունենար մի օրգանիզմ, որն իր ԴՆԹ-ում օգտագործեր ուրացիլ, ապա ցիտոզինի (որը ենթարկվում է հիմքերի զուգավորման գուանինի) դեամինացմանը ԴՆԹ-ի սինթեզի ընթացքում կհանգեցներ ուրացիլի ձևավորմանը (որը կզույգեր ադենինի հետ)։ Ուրացիլ-ԴՆԹ գլիկոզիդազը վերացնում է ուրացիլային հիմքերը երկշղթա ԴՆԹ-ից։ Հետևաբար, այս ֆերմենտը կճանաչի և կվերացնի ուրացիլի երկու տեսակները՝ բնական ներկառուցվածը և ցիտոզինի դեամինացիայի արդյունքում ձևավորվածը, ինչը կառաջարկի անհարկի և ոչ պատշաճ վերականգնողական գործընթացներ[16]։
Ենթադրվում է, որ այս խնդիրը լուծվել է էվոլյուցիայի տեսանկյունից, այսինքն՝ ուրացիլը «պիտակավորելով» (մեթիլավորելով)։ Մեթիլացված ուրացիլը նույնական է թիմինին։ Այստեղից էլ առաջացել է այն վարկածը, որ ժամանակի ընթացքում թիմինը դարձել է ԴՆԹ-ում ստանդարտ՝ ուրացիլի փոխարեն։ Այսպիսով, բջիջները շարունակում են օգտագործել ուրացիլը ՌՆԹ-ում, և ոչ թե ԴՆԹ-ում, քանի որ ՌՆԹ-ն ավելի կարճ կյանք ունի, քան ԴՆԹ-ն, և ուրացիլի հետ կապված ցանկացած պոտենցիալ սխալ չի հանգեցնում տեւական վնասի։ Ըստ երևույթին, կա՛մ չի եղել էվոլյուցիոն ճնշում ՌՆԹ-ում ուրացիլը թիմինով փոխարինելու համար, կա՛մ ուրացիլն ունի որոշ քիմիական հատկություն, որն օգտակար է ՌՆԹ-ում, ինչի հետևանքով էլ բացակայում է թիմինը։ Ուրացիլ պարունակող ԴՆԹ-ը դեռ գոյություն ունի, օրինակ՝
Սինթեզ
2009թ. հոկտեմբերին հրապարակված գիտական հոդվածում ՆԱՍԱ-ի գիտնականները հայտնել են, որ ուրացիլը վերարտադրել են պիրիմիդինից՝ այն ուլտրամանուշակագույն լույսի տակ տարածելով տիեզերանման պայմաններում։ Սա ենթադրում է, որ աշխարհում ՌՆԹ-ի ուրացիլի սկզբնական աղբյուրը կարող էր լինել պանսպերմիան[18]։ Վերջերս՝ 2015 թվականի մարտին, ՆԱՍԱ-ի գիտնականները հայտնեցին, որ առաջին անգամ կյանքի լրացուցիչ բարդ ԴՆԹ և ՌՆԹ օրգանական միացություններ, ներառյալ ուրացիլը, ցիտոսինը և թիմինը, ձևավորվել են լաբորատորիայում արտաքին տիեզերքի պայմաններում՝ օգտագործելով սկզբնական քիմիական նյութեր, որպես պիրիմիդին, որը հայտնաբերված է երկնաքարերում։ Պիրիմիդինը, ինչպես պոլիցիկլիկ անուշաբույր ածխաջրածինները (PAHs)՝ Տիեզերքում հայտնաբերված ամենաածխածինով հարուստ քիմիական նյութը, հնարավոր է, որ ձևավորվել է կարմիր հսկաների կամ միջաստղային փոշու և գազային ամպերի մեջ, ըստ գիտնականների[19]։
Ուրացիլի բազմաթիվ լաբորատոր սինթեզներ կան։ Առաջին ռեակցիան սինթեզներից ամենապարզն է՝ ցիտոզինին ջուր ավելացնելով՝ ուրացիլ և ամոնիակ արտադրելու համար[5]։
C4H5N3O + H2O → C4H4N2O2 + NH3
Ուրացիլը սինթեզելու ամենատարածված ձևը խնձորաթթվի խտացումն է միզանյութի հետ՝ ծծմբաթթվի մեջ[8]։
C4H4O4 + NH2CONH2 → C4H4N2O2 + 2 H2O + CO
Ուրացիլը կարող է նաև սինթեզվել թիուրացիլի կրկնակի տարրալուծմամբ ջրային քլորաքացախաթթվի մեջ[8]
5,6-դիուրացիլի ֆոտոդեհիդրոգենացումը, որը սինթեզվում է միզանյութի հետ բետա-ալանինի փոխազդեցությամբ, առաջացնում է ուրացիլ[20]
Ռեակցիաներ
Ուրացիլը հեշտությամբ ենթարկվում է կանոնավոր ռեակցիաների՝ ներառյալ օքսիդացումը, նիտրացումը և ալկիլացումը։ Մինչդեռ ֆենոլի (PhOH) և նատրիումի հիպոքլորիտի (NaOCl) առկայության դեպքում ուրացիլը կարող է տեսանելի լինել ուլտրամանուշակագույն լույսի ներքո[8]։ Ուրացիլը նաև կարող է ռեակցվել հալոգենների հետ մեկից ավելի ուժեղ էլեկտրոն դոնոր խմբերի առկայության պատճառով[8]։
Ուրացիլը հեշտությամբ ենթարկվում է ռիբոզային շաքարների և ֆոսֆատների ավելացմանը, որպեսզի մասնակցի սինթեզին և հետագա ռեակցիաներին։ Ուրացիլը դառնում է ուրիդին, ուրիդին մոնոֆոսֆատ (UMP), ուրիդին դիֆոսֆատ (UDP), ուրիդին տրիֆոսֆատ (UTP) և ուրիդին դիֆոսֆատ գլյուկոզա (UDP-գլյուկոզա)։ Այս մոլեկուլներից յուրաքանչյուրը սինթեզվում է մարմնում և ունի հատուկ գործառույթներ։
Երբ ուրացիլը փոխազդում է անջուր հիդրազինի հետ, տեղի է ունենում առաջին կարգի կինետիկ ռեակցիա, և ուրացիլային օղակը բացվում է[21]։ Եթե ռեակցիայի pH-ն ավելանում է մինչև 10,5, ապա ձևավորվում է ուրացիլային անիոն, ինչի արդյունքում ռեակցիան շատ ավելի դանդաղ է ընթանում։ Ռեակցիայի նույն դանդաղումը տեղի է ունենում, եթե pH-ն նվազում է՝ հիդրազինի պրոտոնացիայի պատճառով[21]։ Ուրացիլի ռեակտիվությունը մնում է անփոփոխ, նույնիսկ եթե ջերմաստիճանը փոխվում է[21]։
Օգտագործումը
Ուրացիլի օգտագործումը օգնում է իրականացնել բազմաթիվ ֆերմենտների սինթեզ, որոնք անհրաժեշտ են բջիջների աշխատանքի համար՝ կապված ռիբոզների և ֆոսֆատների հետ։ Uracil-ը ծառայում է որպես ալոստերիկ կարգավորիչ և կոֆերմենտ կենդանիների և բույսերի ռեակցիաների համար[22]։ UMP-ն վերահսկում է կարբամոիլ ֆոսֆատ սինթետազի և ասպարտատ տրանսկարբամոյլազի ակտիվությունը բույսերում, մինչդեռ UDP-ն և UTP-ն կարգավորում են CPSase II-ի ակտիվությունը կենդանիների մոտ։ UDP-գլյուկոզան կարգավորում է գլյուկոզայի փոխակերպումը գալակտոզայի լյարդում և այլ հյուսվածքներում ածխաջրերի նյութափոխանակության գործընթացում[22]։ Ուրացիլը նաև մասնակցում է պոլիսախարիդների կենսասինթեզին և ալդեհիդներ պարունակող շաքարների տեղափոխմանը[22]։ Ուրացիլը կարևոր է բազմաթիվ քաղցկեղածին նյութերի, օրինակ՝ ծխախոտի ծխի մեջ հայտնաբերված թունավոր նյութերի դետոքսիկացման համար[23]։ Ուրացիլը նաև պահանջվում է դետոքսիկացնելու համար շատ դեղամիջոցներ, ինչպիսիք են կանաբինոիդները (THC)[24] և մորֆին (օփիոիդներ)[25]։ Այն կարող է նաև փոքր-ինչ մեծացնել քաղցկեղի առաջացման վտանգը արտասովոր դեպքերում, երբ օրգանիզմում ֆոլաթթվի չափազանց շատ պակաս կա[26]։
Ուրացիլը կարող է օգտագործվել որպես դեղագործական միջոց։ Երբ տարրական ֆտորը փոխազդում է ուրացիլի հետ, նրանք արտադրում են 5-ֆտորուրացիլ։ 5-Fluorouracil-ը հակաքաղցկեղային դեղամիջոց է (հակամետաբոլիտ), որն օգտագործվում է որպես ուրացիլ վերածվելու համար նուկլեինաթթվի վերարտադրության գործընթացում[5]։ Քանի որ 5-ֆտորուրացիլն իր ձևով նման է ուրացիլին, բայց չի ենթարկվում նույն քիմիական հատկություններին ինչ ուրացիլը, ապա կարող ենք ասել,որ դեղամիջոցն արգելակում է ՌՆԹ-ի տրանսկրիպցիոն ֆերմենտները՝ դրանով իսկ արգելափակելով ՌՆԹ-ի սինթեզը և դադարեցնելով քաղցկեղային բջիջների աճը[5]։ Ուրացիլը կարող է օգտագործվել նաև կոֆեինի սինթեզում[27]։ Ուրացիլը նաև արդյունք է ցույց տվել որպես ՄԻԱՎ-ի վիրուսային կապսիդի ինհիբիտոր[28]։ Ուրացիլի ածանցյալներն ունեն հակատուբերկուլյոզային և հակալեյշմանային ակտիվություն[29]։
Ուրացիլը կարող է օգտագործվել լոլիկի մանրէաբանական աղտոտվածությունը որոշելու համար։ Ուրացիլի առկայությունը վկայում է պտղի կաթնաթթվային բակտերիաների աղտոտման մասին[30]։ Թունաքիմիկատներում օգտագործվում են ուրացիլի ածանցյալները, որոնք պարունակում են դիազինի օղակ[31]։ Ուրացիլի ածանցյալները ավելի հաճախ օգտագործվում են որպես հակաֆոտոսինթետիկ թունաքիմիկատներ՝ ոչնչացնելով բամբակի, շաքարի ճակնդեղի, շաղգամի, սոյայի, ոլոռի, արևածաղկի մշակաբույսերի, խաղողի, հատապտուղների տնկարկների և այգիների մոլախոտերը[31]։
Խմորիչի մեջ ուրացիլային կոնցենտրացիաները հակադարձ համեմատական են ուրացիլային պերմեազին[32]։
Ծանոթագրություններ
 | Վիքիպահեստն ունի նյութեր, որոնք վերաբերում են «Ուրացիլ» հոդվածին։ |