El uracilo ( / j ʊər ə s ɪ l / ; U ) es una de las cuatro nucleobases en el ácido nucleico de ARN que están representadas por las letras A, G, C y U. Los otros son adenina (A), citosina (C ) y guanina (G). En el ARN, el uracilo se une a la adenina a través de dos enlaces de hidrógeno . En el ADN , la nucleobase de uracilo es reemplazada por timina . El uracilo es una forma desmetilada de timina .
Nombres | |||
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Nombre IUPAC preferido Pirimidina-2,4 (1 H , 3 H ) -diona | |||
Otros nombres
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Identificadores | |||
Modelo 3D ( JSmol ) |
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3DMet | |||
606623 | |||
CHEBI | |||
CHEMBL | |||
ChemSpider | |||
DrugBank | |||
Tarjeta de información ECHA | 100.000.565 | ||
Número CE |
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2896 | |||
KEGG | |||
PubChem CID | |||
Número RTECS |
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UNII | |||
Tablero CompTox ( EPA ) | |||
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Propiedades | |||
Fórmula química | C 4 H 4 N 2 O 2 | ||
Masa molar | 112.08676 g / mol | ||
Apariencia | Sólido | ||
Densidad | 1,32 g / cm 3 | ||
Punto de fusion | 335 ° C (635 ° F; 608 K) [1] | ||
Punto de ebullición | N / A - se descompone | ||
solubilidad en agua | Soluble | ||
Peligros | |||
Principales peligros | carcinógeno y teratógeno con exposición crónica | ||
Pictogramas GHS | |||
Palabra de señal GHS | Advertencia | ||
Declaraciones de peligro GHS | H315 , H319 , H335 , H361 | ||
Consejos de prudencia del SGA | 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 (diamante de fuego) | 1 1 | ||
punto de inflamabilidad | No es inflamable | ||
Compuestos relacionados | |||
Compuestos relacionados | Timina Citosina | ||
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |||
verificar ( ¿qué es ?) | |||
Referencias de Infobox | |||
El uracilo es un derivado de pirimidina común y natural . [2] El nombre "uracilo" fue acuñado en 1885 por el químico alemán Robert Behrend , que intentaba sintetizar derivados del ácido úrico . [3] Descubierto originalmente en 1900 por Alberto Ascoli, fue aislado por hidrólisis de nucleína de levadura ; [4] también se encontró en el timo y el bazo bovinos , el esperma de arenque y el germen de trigo . [5] Es un compuesto plano e insaturado que tiene la capacidad de absorber la luz. [6]
Basado en proporciones isotópicas de 12 C / 13 C de compuestos orgánicos encontrados en el meteorito Murchison , se cree que uracilo, xantina y moléculas relacionadas también pueden formarse extraterrestre. [7] [8]
En 2012, un análisis de datos de la misión Cassini en órbita alrededor del sistema de Saturno mostró que la composición de la superficie de Titán puede incluir uracilo. [9]
Propiedades
En el ARN, el uracilo se empareja con la adenina y reemplaza a la timina durante la transcripción del ADN. La metilación del uracilo produce timina. [10] En el ADN, la sustitución evolutiva de timina por uracilo puede haber aumentado la estabilidad del ADN y mejorado la eficiencia de la replicación del ADN (que se analiza a continuación). El uracilo se empareja con la adenina mediante enlaces de hidrógeno . Cuando la base se empareja con la adenina, el uracilo actúa como aceptor de enlaces de hidrógeno y como donante de enlaces de hidrógeno. En el ARN, el uracilo se une a un azúcar ribosa para formar el ribonucleósido uridina . Cuando un fosfato se adhiere a la uridina, se produce uridina 5'-monofosfato. [6]
El uracilo sufre cambios tautoméricos de amida-ácido imídico porque cualquier inestabilidad nuclear que pueda tener la molécula debido a la falta de aromaticidad formal es compensada por la estabilidad cíclico-amídica. [5] La amida tautómero se refiere como la lactama estructura, mientras que el tautómero ácido imídico se conoce como la lactima estructura. Estas formas tautoméricas son predominantes a pH 7. La estructura de la lactama es la forma más común de uracilo.
El uracilo también se recicla para formar nucleótidos al someterse a una serie de reacciones de fosforribosiltransferasa. [2] La degradación del uracilo produce los sustratos aspartato , dióxido de carbono y amoníaco . [2]
- C 4 H 4 N 2 O 2 → H 3 NCH 2 CH 2 COO - + NH 4 + + CO 2
La degradación oxidativa del uracilo produce urea y ácido maleico en presencia de H 2 O 2 y Fe 2+ o en presencia de oxígeno diatómico y Fe 2+ .
El uracilo es un ácido débil . Se desconoce el primer sitio de ionización del uracilo. [11] La carga negativa se coloca en el anión de oxígeno y produce un p K una de menos de o igual a 12. El p básico K un = -3,4, mientras que el ácido p K un = 9,38 9 . En la fase gaseosa, el uracilo tiene 4 sitios que son más ácidos que el agua. [12]
En el ADN
El uracilo rara vez se encuentra en el ADN y esto puede haber sido un cambio evolutivo para aumentar la estabilidad genética. Esto se debe a que la citosina puede desaminarse espontáneamente para producir uracilo a través de la desaminación hidrolítica. Por lo tanto, si hubiera un organismo que usara uracilo en su ADN, la desaminación de la citosina (que experimenta un emparejamiento de bases con la guanina) conduciría a la formación de uracilo (que se emparejaría con la adenina) durante la síntesis de ADN. La uracilo-ADN glicosilasa escinde las bases de uracilo del ADN bicatenario. Por lo tanto, esta enzima reconocería y eliminaría ambos tipos de uracilo, el que se incorpora naturalmente y el que se forma debido a la desaminación de la citosina, lo que desencadenaría procesos de reparación innecesarios e inapropiados. [13]
Se cree que este problema se ha resuelto en términos de evolución, es decir, "marcando" (metilando) uracilo. El uracilo metilado es idéntico a la timina. De ahí la hipótesis de que, con el tiempo, la timina se convirtió en estándar en el ADN en lugar del uracilo. Entonces, las células continúan usando uracilo en el ARN, y no en el ADN, porque el ARN tiene una vida más corta que el ADN, y cualquier error potencial relacionado con el uracilo no conduce a un daño duradero. Aparentemente, o no hubo presión evolutiva para reemplazar el uracilo en el ARN con la timina más compleja, o el uracilo tiene alguna propiedad química que es útil en el ARN, de la que carece la timina. El ADN que contiene uracilo todavía existe, por ejemplo en
- ADN de varios fagos [14]
- Desarrollo del endopterigoto
- Hipermutaciones durante la síntesis de anticuerpos de vertebrados. [ cita requerida ]
Síntesis
En un artículo académico publicado en octubre de 2009, los científicos de la NASA informaron haber reproducido uracilo a partir de pirimidina al exponerlo a la luz ultravioleta en condiciones similares al espacio. Esto sugiere que una posible fuente natural original de uracilo en el mundo del ARN podría haber sido la panspermia . [15] Más recientemente, en marzo de 2015, los científicos de la NASA informaron que, por primera vez , se formaron en el laboratorio compuestos orgánicos complejos adicionales de ADN y ARN de la vida , incluidos uracilo, citosina y timina , en condiciones del espacio exterior , utilizando productos químicos, como la pirimidina , que se encuentran en los meteoritos . La pirimidina, como los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), la sustancia química más rica en carbono que se encuentra en el Universo , puede haberse formado en gigantes rojas o en polvo interestelar y nubes de gas, según los científicos. [dieciséis]
Hay muchas síntesis de laboratorio de uracilo disponibles. La primera reacción es la más simple de las síntesis, al agregar agua a la citosina para producir uracilo y amoníaco : [2]
- C 4 H 5 N 3 O + H 2 O → C 4 H 4 N 2 O 2 + NH 3
La forma más común de sintetizar uracilo es mediante la condensación de ácido málico con urea en ácido sulfúrico fumante : [5]
- C 4 H 4 O 4 + NH 2 CONH 2 → C 4 H 4 N 2 O 2 + 2 H 2 O + CO
El uracilo también se puede sintetizar mediante una doble descomposición de tiouracilo en ácido cloroacético acuoso . [5]
La fotodeshidrogenación del 5,6-diuracilo, que se sintetiza mediante la reacción de beta- alanina con urea , produce uracilo. [17]
Reacciones
El uracilo experimenta fácilmente reacciones regulares que incluyen oxidación , nitración y alquilación . Mientras que en presencia de fenol (PhOH) e hipoclorito de sodio (NaOCl), el uracilo se puede visualizar en luz ultravioleta . [5] El uracilo también tiene la capacidad de reaccionar con halógenos elementales debido a la presencia de más de un grupo fuertemente donante de electrones. [5]
El uracilo se agrega fácilmente a los azúcares y fosfatos de ribosa para participar en la síntesis y otras reacciones en el cuerpo. El uracilo se convierte en uridina , uridina monofosfato (UMP), uridina difosfato (UDP), uridina trifosfato (UTP) y uridina difosfato glucosa (UDP-glucosa). Cada una de estas moléculas se sintetiza en el organismo y tiene funciones específicas.
Cuando el uracilo reacciona con la hidracina anhidra , se produce una reacción cinética de primer orden y se abre el anillo de uracilo. [18] Si el pH de la reacción aumenta a> 10,5, se forma el anión uracilo, lo que hace que la reacción sea mucho más lenta. La misma ralentización de la reacción ocurre si el pH disminuye, debido a la protonación de la hidracina. [18] La reactividad del uracilo permanece sin cambios, incluso si cambia la temperatura. [18]
Usos
El uso de uracilo en el cuerpo es para ayudar a llevar a cabo la síntesis de muchas enzimas necesarias para la función celular a través de la unión con ribosas y fosfatos. [2] El uracilo sirve como regulador alostérico y coenzima para reacciones en animales y plantas. [19] UMP controla la actividad de carbamoil fosfato sintetasa y aspartato transcarbamoilasa en plantas, mientras que UDP y UTP relacionan la actividad de CPSasa II en animales . La UDP-glucosa regula la conversión de glucosa en galactosa en el hígado y otros tejidos en el proceso del metabolismo de los carbohidratos . [19] El uracilo también participa en la biosíntesis de polisacáridos y el transporte de azúcares que contienen aldehídos . [19] El uracilo es importante para la desintoxicación de muchos carcinógenos , por ejemplo, los que se encuentran en el humo del tabaco. [20] El uracilo también es necesario para desintoxicar muchas drogas como los cannabinoides (THC) [21] y la morfina (opioides). [22] También puede aumentar levemente el riesgo de cáncer en casos inusuales en los que el cuerpo es extremadamente deficiente en folato . [23] La deficiencia de folato conduce a una mayor proporción de monofosfatos de desoxiuridina (dUMP) / monofosfatos de desoxitimidina (dTMP) y una incorporación incorrecta de uracilo en el ADN y, finalmente, una baja producción de ADN. [23]
El uracilo se puede utilizar para la administración de fármacos y como producto farmacéutico . Cuando el flúor elemental reacciona con el uracilo, producen 5-fluorouracilo . El 5-fluorouracilo es un fármaco contra el cáncer ( antimetabolito ) que se utiliza para hacerse pasar por uracilo durante el proceso de replicación del ácido nucleico. [2] Debido a que el 5-fluorouracilo es similar en forma, pero no se somete a la misma química que el uracilo, el fármaco inhibe las enzimas de replicación de ARN , bloqueando así la síntesis de ARN y deteniendo el crecimiento de células cancerosas. [2] El uracilo también se puede utilizar en la síntesis de cafeína. [24]
El uracilo se puede utilizar para determinar la contaminación microbiana de los tomates . La presencia de uracilo indica contaminación de la fruta por bacterias del ácido láctico . [25] Los derivados de uracilo que contienen un anillo de diazina se utilizan en plaguicidas . [26] Los derivados del uracilo se utilizan con mayor frecuencia como herbicidas antifotosintéticos , destruyendo malezas en algodón , remolacha azucarera , nabos , soja , guisantes , cultivos de girasol , viñedos , plantaciones de bayas y huertos . [26]
En la levadura , las concentraciones de uracilo son inversamente proporcionales a la permeasa de uracilo. [27]
Las mezclas que contienen uracilo también se usan comúnmente para probar columnas de HPLC de fase reversa . Como el uracilo no es retenido esencialmente por la fase estacionaria no polar, esto puede usarse para determinar el tiempo de permanencia (y posteriormente el volumen de permanencia, dado un caudal conocido) del sistema.
Referencias
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enlaces externos
- Espectro de Uracil MS