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։

Ուրացիլը սովորական և բնական ծագում ունեցող պիրիմիդինի ածանցյալ է։ «Ուրացիլ» անվանումը ստեղծվել է 1885 թվականին գերմանացի քիմիկոս Ռոբերտ Բեհրենդի կողմից, ով փորձում էր սինթեզել միզաթթվի ածանցյալները։ Սկզբնապես հայտնաբերվել է 1900 թվականին Ալբերտո Ասկոլիի կողմից, այն մեկուսացվել է խմորիչի նուկլեինի հիդրոլիզով։ այն հայտնաբերվել է նաև խոշոր եղջերավոր կենդանիների թիմուսում և փայծաղում, ծովատառեխի սերմնահեղուկում և ցորենի ծիլերում։ Այն չհագեցած միացություն է, որն ունի լույս կլանելու հատկություն։

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։ Սատուրնի համակարգում պտտվող Cassini տվյալները ցույց են տալիս, որ ուրացիլը կա նաև Տիտանի արբանյակի մակերեսին։

Հատկություններ 
ՌՆԹ-ում ուրացիլային հիմքը զուգակցվում է ադենինի հետ և ԴՆԹ-ի տրանսկրիպացիայի ժամանակ փոխարինում է թիմինին։ Ուրացիլի մեթիլացումը առաջացնում է թիմին։ 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

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։ 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։

Ուրացիլը նաև վերափոխում է իրեն՝ ձևավորելով նուկլեոտիդներ՝ ենթարկվելով մի շարք ֆոսֆորիբոսիլտրանսֆերազային ռեակցիաների։ Ուրացիլի քայքայման արդյունքում առաջանում են β-ալանինի, ածխածնի երկօքսիդի և ամոնիակ սուբստրատները։

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։ 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.

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։

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՝  
 Մի քանի ֆագերի ԴՆԹ
 Էնդոպտերիգոտի զարգացում
 Հիպերմուտացիաներ ողնաշարավորների հակամարմինների սինթեզի ժամանակ.

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։ 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։

Ուրացիլի բազմաթիվ լաբորատոր սինթեզներ կան։ Առաջին ռեակցիան սինթեզներից ամենապարզն է՝ ցիտոզինին ջուր ավելացնելով՝ ուրացիլ և ամոնիակ արտադրելու համար։

C4H5N3O + H2O → C4H4N2O2 + NH3

Ուրացիլը սինթեզելու ամենատարածված ձևը խնձորաթթվի խտացումն է միզանյութի հետ՝ ծծմբաթթվի մեջ։

C4H4O4 + NH2CONH2 → C4H4N2O2 + 2 H2O + CO

Ուրացիլը կարող է նաև սինթեզվել թիուրացիլի կրկնակի տարրալուծմամբ ջրային քլորաքացախաթթվի մեջ

5,6-դիուրացիլի ֆոտոդեհիդրոգենացումը, որը սինթեզվում է միզանյութի հետ բետա-ալանինի փոխազդեցությամբ, առաջացնում է ուրացիլ

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։ Ուրացիլը նաև կարող է ռեակցվել հալոգենների հետ մեկից ավելի ուժեղ էլեկտրոն դոնոր խմբերի առկայության պատճառով։

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։ 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։ Ուրացիլի ռեակտիվությունը մնում է անփոփոխ, նույնիսկ եթե ջերմաստիճանը փոխվում է։

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։ 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։ Ուրացիլը նաև մասնակցում է պոլիսախարիդների կենսասինթեզին և ալդեհիդներ պարունակող շաքարների տեղափոխմանը։ Ուրացիլը կարևոր է բազմաթիվ քաղցկեղածին նյութերի, օրինակ՝ ծխախոտի ծխի մեջ հայտնաբերված թունավոր նյութերի դետոքսիկացման համար։ Ուրացիլը նաև պահանջվում է դետոքսիկացնելու համար շատ դեղամիջոցներ, ինչպիսիք են կանաբինոիդները (THC) և մորֆին (օփիոիդներ)։ Այն կարող է նաև փոքր-ինչ մեծացնել քաղցկեղի առաջացման վտանգը արտասովոր դեպքերում, երբ օրգանիզմում ֆոլաթթվի չափազանց շատ պակաս կա։

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։ 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։ Ուրացիլը կարող է օգտագործվել նաև կոֆեինի սինթեզում։  Ուրացիլը նաև արդյունք է ցույց տվել որպես ՄԻԱՎ-ի վիրուսային կապսիդի ինհիբիտոր։ Ուրացիլի ածանցյալներն ունեն հակատուբերկուլյոզային և հակալեյշմանային ակտիվություն։

Ուրացիլը կարող է օգտագործվել լոլիկի մանրէաբանական աղտոտվածությունը որոշելու համար։ Ուրացիլի առկայությունը վկայում է պտղի կաթնաթթվային բակտերիաների աղտոտման մասին։ Թունաքիմիկատներում օգտագործվում են ուրացիլի ածանցյալները, որոնք պարունակում են դիազինի օղակ։ Ուրացիլի ածանցյալները ավելի հաճախ օգտագործվում են որպես հակաֆոտոսինթետիկ թունաքիմիկատներ՝ ոչնչացնելով բամբակի, շաքարի ճակնդեղի, շաղգամի, սոյայի, ոլոռի, արևածաղկի մշակաբույսերի, խաղողի, հատապտուղների տնկարկների և այգիների մոլախոտերը։

Խմորիչի մեջ ուրացիլային կոնցենտրացիաները հակադարձ համեմատական են ուրացիլային պերմեազին։

Ծանոթագրություններ 

 Uracil MS Spectrum

Ազոտային հիմքեր
Կենսաքիմիա
Գենետիկա
Նուկլեինաթթուներ
ՌՆԹ
Օրգանական միացություններ
Նուկլեոտիդներ
Ազոտային հետերոցիկլային միացություններ
Ազոտային միացություններ
Քիմիա
ԴՆԹ