Урацил

Урацил (U) е една од четирите азотни бази кои влегуваат во составот на РНК (останатите се аденин, гванин и цитозин). Во молекулата на РНК, урацил се врзува со аденин преку две водородни врски. Во ДНК молекулите, урацилот ретко се среќава и најчесто е заменет со базата тимин. Урацилот е всушност деметилирана форма на тиминот.
Урацилот е чест природен дериват на хетероцикличното соединение пиримидин. Името "урацил" го дал германскиот хемичар Роберт Беренд, во 1885 година, кој се обидувал да синтетизира деривати на мочна киселина. Урацилот за првпат бил откриен во 1900 година од страна на Алберто Асколи, кој го изолирал со хидролиза на нуклеински киселини од квасец.
Врз основа на односот меѓу <sup>12</sup>C/<sup>13</sup>C изотопите на органски соединенија пронајдени во Мурчисон метеоритот, било заклучено дека соединенија како урацил и ксантин можат да се формираат и во вонземни услови.
Во 2012 година, анализите на податоци од мисијата Касини која орбитира во системот на планетата Сатурн покажале дека урацилот најверојатно влегува во површинскиот состав на Сатурновиот сателит Титан.
1 Својства
Во РНК, урацилот се врзува (се спарува) преку две водородни врски за аденинот и го заменува тиминот за време на транскрипцијата на ДНК. Метилацијата на урацилот дава тимин, чиј друг назив е 5-метилурацил. Во текот на еволуцијата на живиот свет на Земјата, замената на урацилот со постабилната база тимин, во составот на ДНК, ја зголемила стабилноста на ДНК и ефикасноста на процесот на репликација. При базното спарување со аденин, урацилот делува и како акцептор и како дарител на водородна врска. Во РНК, урацилот ковалентно се врзува за шеќерот рибоза за да го формира рибонуклеозидот уридин. Со врзување на фосфатна група за уридинот, се добива нуклеотидот уридин 5'-монофосфат.
Урацил подлегнува на тавтомерни промени на амид-имидна киселина, бидејќи секоја јадрена нестабилност која молекулата може да ја има поради недостатокот на формална ароматичност се компензира со циклично-амидната стабилност. Амидниот тавтомер се нарекува лактамска структура, додека тавтомерот на имидната киселина се нарекува лактимска структура. Овие тавтомерни форми се доминантни при pH 7. Лактамската структура е најчестата форма на урацил.
:
Урацилот, исто така, самиот се рециклира за да формира нуклеотиди преку на серија на фосфорибозилтрансферазни реакции. Разградувањето на урацилот дава како производи аспарагинска киселина, јаглерод диоксид и амонијак.
: C<sub>4</sub>H<sub>4</sub>N<sub>2</sub>O<sub>2</sub> → H<sub>3</sub>NCH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>COO<sup>−</sup> + NH<sub>4</sub><sup>+</sup> + CO<sub>2</sub>
Оксидативната деградација на урацилот дава како производи уреа и малеинска киселина во присуство на H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> и Fe<sup>2+</sup> или во присуство на кислород и Fe<sup>2+</sup>.
Урацилот е слаба киселина. Првата локација на јонизација на урацилот не е позната. Негативниот полнеж се јавува на кислородниот анјон и дава pKa вредност помала или еднаква на 12. Базната pKa = -3.4, додека киселинската pKa = 9.389. Во гасовита фаза, урацилот има четири места кои се повеќе кисели од водата.
2 Синтеза
Постојат многу начини за лабораториска синтеза на урацил. Наједноставната реакција е додавање вода на цитозин за да се добие урацил и амонијак:
: C<sub>4</sub>H<sub>5</sub>N<sub>3</sub>O + H<sub>2</sub>O → C<sub>4</sub>H<sub>4</sub>N<sub>2</sub>O<sub>2</sub> + NH<sub>3</sub>
Најчестиот начин за синтеза на урацил е кондензација на јаболкова киселина со уреа во димечка сулфурна киселина:: C<sub>4</sub>H<sub>4</sub>О<sub>4</sub> + NH<sub>2</sub>CONH<sub>2</sub> → C<sub>4</sub>H<sub>4</sub>N<sub>2</sub>O<sub>2</sub> + 2 H<sub>2</sub>O + CО
Урацилот, исто така, може да се синтетизира со двојно распаѓање на тиоурацил во водена хлороцетна киселина.
Фотодехидрогенацијата на 5,6-диурацилот, кој се синтетизира со реакција меѓу бета-аланин и уреа, дава како производ урацил.
3 Реакции
Урацилот лесно стапува во реакции на оксидација, нитрација и алкилација. Во присуство на фенол (PhOH) и натриум хипохлорит (NaOCl), урацилот може да се визуелизира во ултравиолетова светлина. Урацилот, исто така, има способност да реагира со елементарни халогени поради присуството на повеќе од една силна електрон-дарителска група.
Кога урацилот реагира со безводен хидразин, кинетиката на реакцијата е од прв ред и тече до отворање на прстенот на урацилот. Ако рН на реакцијата се зголеми на > 10.5, се формира анјон на урацил, што предизвикува многу побавно течење на реакцијата. Истото забавување на реакцијата се јавува и ако pH се намалува, поради протонатација на хидразинот. Реактивноста на урацилот останува непроменета со промена на температурата.