Кіріспе

РНК-ның химиялық қосылысы. Урацил (символ U немесе Ura) – нуклеин қышқылы РНК-ның төрт нуклеобазасының бірі. Қалғандары – аденин (A), цитозин (C) және гуанин (G). РНҚ-да урацил аденинмен екі сутекті байланыс арқылы байланысады. ДНҚ-да урацил нуклеобазасы тиминмен (Т) алмастырылады. Урацил – тиминнің деметилденген түрі. Урацил – пиримидиннің кең таралған және табиғи түрде кездесетін туындысы. "Урацил" атауын 1885 жылы неміс химигі Роберт Бехренд енгізді, ол қышқылдықтың (uric acid) туындыларын синтездеуге тырысқан. Алғаш рет 1900 жылы Альберто Асколи ашқан, ол ашытқы нуклеинінің гидролизі арқылы бөліп алынған; сондай-ақ, ірі қара малдың тимусы мен селезенінен, сельдь балығының спермасынан және бидай өнінен де табылған. ДНҚ-да тиминге урацилдің эволюциялық жай ауысуы ДНҚ тұрақтылығын арттырып, ДНҚ көшірудің (репликацияның) тиімділігін жақсартуы мүмкін (төменде талқыланады). Урацил аденинмен сутекті байланыс арқылы жұптасады. Аденинмен жұптасқанда, урацил сутекті байланысты қабылдағыш және сутекті байланысты донор ретінде әрекет етеді. РНҚ-да урацил рибоза қантымен байланысып, рибонуклеозид – уридинді құрайды. Фосфаттың уридинге қосылуынан уридин 5′ монофосфаты түзіледі. Урацил амид-имид қышқылының таутомерлік ауысуына ұшырайды, себебі молекуланың формальды ароматикасының болмауынан туындаған ядролық тұрақсыздық циклдік амидтік тұрақтылықпен толықтырылады. Теріс заряд оттегі анионына орналасады және 12-ден кем немесе тең pKa шамасын береді. Негізгі pKa = -3,4, ал қышқылдық pKa = 9,389. Газ фазасында урацилдің судан көбірек қышқылды төрт орны бар.

Биологиялық

Организмдер орацилді уродин монофосфаты (UMP) түрінде, оротидин 5'-монофосфатын (оротидил қышқылы) декарбоксилдеу арқылы синтездейді. Адамдарда бұл декарбоксилдеу UMP синтетаза ферменті арқылы іске асырылады. Пурин нуклеотидтерінен өзгеше, урацилге әкелетін пиримидин сақинасы (оротидил қышқылы) бірінші болып синтезделеді, содан кейін рибоза фосфатымен байланысып UMP құрайды.

Зертхана

Урацилдің көптеген зертханалық синтездері қолжетімді. Бірінші реакция – ең қарапайым синтез болып табылады, цитозинге су қосу арқылы урацил мен аммиак түзіледі:

Пребиотиктер

2009 жылы НАСА ғалымдары пиримидин мен су мұзын ғарышқа ұқсас жағдайларда ультракүлгін сәулеге ұшырату арқылы урацилді жасағанын хабарлады. Бұл урацилдің табиғи түпкілікті көзі болуы мүмкін екенін көрсетеді. 2014 жылы НАСА ғалымдары урацил, цитозин және тимин сияқты ДНҚ мен РНК-ның қосымша күрделі органикалық қосылыстарының ғарыш жағдайларында зертханада пайда болғанын хабарлады. Олар мұз, пиримидин, аммиак және метанолдан басталып, астрофизикалық ортада кездесетін қосылыстар еді. Пиримидин, ғаламда кездесетін көміртегіге бай химиялық зат – полициклді хош иісті көмірсутектер сияқты, қызыл алып жұлдыздарда немесе жұлдызаралық шаң мен газ бұлттарында пайда болған болуы мүмкін. Мурчисон метеоритінде табылған органикалық қосылыстардың 12C/13C изотоптық қатынасына сүйене отырып, урацил, ксантин және оларға ұқсас молекулалардың ғарышта да пайда болуы мүмкін деп саналады. Сатурн жүйесінде айналып жүрген Кассини миссиясының мәліметтері Титанның бетінде урацилдің бар екенін көрсетеді. 2023 жылы урацил Жерге жақын астероид – 162173 Рюгуден алынған үлгіде, Жердің биосферасына ешқандай әсер етпестен табылды, бұл ғарышта синтезделгенін тағы бір дәлелдейді.

Реакциялар

Урацил оңай окисыну, нитраттану және алкилдену сияқты әдеттегі реакцияларға түседі. Фенол (PhOH) және натрий гипохлориті (NaOCl) қатысында урацил ультракүлгін сәуледе көріне алады. Урацил бірнеше күшті электрон беретін топтың болуына байланысты элементтік галогендермен де реакцияласа алады.

Қолданылуы

Урацил организмде көптеген ферменттердің синтезін жүзеге асыруға көмектеседі, олар клеткалық функция үшін рибозалар мен фосфаттармен байланысу арқылы қажет. Урацил көптеген канцерогендердің, мысалы темекі түтінінде кездесетін заттардың залалсыздануына көмектеседі. Урацил сондай-ақ каннабиноидтар (ТГК) және морфин (опиоидтар) сияқты көптеген дәрі-дәрмектерді залалсыздандыру үшін қажет. Организмде фолий қышқылы жетіспесе, сирек жағдайларда қатерлі ісікке шалдығу қаупі сәл артуы мүмкін. Урацил дәрі жеткізу үшін және фармацевтикалық препарат ретінде қолданылуы мүмкін. Элементар фтор урацилмен реакцияға түскенде 5-фторурацил түзеді. 5-Фторурацил – нуклеин қышқылының көбейтілу процесінде урацил ретінде әрекет ететін қатерлі ісікке қарсы препарат (антиметаболит). Урацил сонымен қатар ВИЧ вирустық капсидінің тежегіші ретінде әлеуетті екенін көрсетті. Урацил туындылары вирусқа қарсы, туберкулезге қарсы және лейшманиозға қарсы белсенділікке ие. Урацилді помидордың микробтық ластануын анықтау үшін қолдануға болады. Урацилдің болуы жемістің сүт қышқылы бактерияларымен ластанғанын көрсетеді. Диазин сақинасы бар урацил туындылары пестицидтерде қолданылады. Урацил туындылары хитозан сияқты микробқа қарсы полисахаридтердің белсенділігін күшейтуі мүмкін. Ашытқыда урацил концентрациясы урацил пермеазасына кері пропорционал. Урацил қоспалары кері фазалы HPLC бағаналарын сынау үшін де жиі қолданылады. Урацил полярлық емес стационарлық фазамен сақталмайтындықтан, жүйенің тұрақтандыру уақытын (және белгілі ағын жылдамдығын ескере отырып, тұрақтандыру көлемін) анықтау үшін қолданылуы мүмкін.