El uracilo ( / ˈjʊərəsɪl / ) ( símbolo U o Ura ) es una de las cuatro nucleobases del ARN del ácido nucleico . Los otros son adenina (A), citosina (C) y guanina (G). En el ARN, el uracilo se une a la adenina mediante dos enlaces de hidrógeno . En el ADN , la nucleobase uracilo es reemplazada por timina (T). El uracilo es una forma desmetilada de timina .
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 , en el esperma de arenque y en el germen de trigo . [5] Es un compuesto plano e insaturado que tiene la capacidad de absorber la luz. [6]
El uracilo que se formó extraterrestre ha sido detectado en el meteorito Murchison , [7] en un asteroide cercano a la Tierra , [8] y posiblemente en la superficie de la luna Titán . [9] Se ha sintetizado en condiciones frías de laboratorio similares a las del espacio exterior, a partir de pirimidina incrustada en agua helada y expuesta a luz ultravioleta. [10]
En el ARN, las bases de uracilo se emparejan con la adenina y reemplazan a la timina durante la transcripción del ADN. La metilación del uracilo produce timina. [11] 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 y donador de enlaces de hidrógeno . En el ARN, el uracilo se une a un azúcar ribosa para formar el ribonucleósido uridina . Cuando un fosfato se une 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 se compensa con la estabilidad amídica cíclica. [5] El tautómero de amida se conoce como estructura lactámica , mientras que el tautómero de ácido imídico se conoce como estructura lactámica . Estas formas tautómeras predominan a pH 7. La estructura lactámica es la forma más común de uracilo.
El uracilo también se recicla para formar nucleótidos al sufrir una serie de reacciones de fosforribosiltransferasa. [2] La degradación del uracilo produce los sustratos β-alanina , dióxido de carbono y amoníaco . [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. [12] La carga negativa se coloca sobre el anión oxígeno y produce un p K a menor o igual a 12. El p K a básico = −3,4, mientras que el p K a ácido = 9,38 9 . En la fase gaseosa, el uracilo tiene cuatro sitios que son más ácidos que el agua. [13]
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 mediante desaminación hidrolítica. Por lo tanto, si hubiera un organismo que usara uracilo en su ADN, la desaminación de la citosina (que se empareja con guanina) conduciría a la formación de uracilo (que se emparejaría con adenina) durante la síntesis de ADN.La uracilo-ADN glicosilasa escinde las bases de uracilo del ADN bicatenario. Por tanto, esta enzima reconocería y eliminaría ambos tipos de uracilo: el que se incorpora de forma natural y el que se forma por desaminación de la citosina, lo que desencadenaría procesos de reparación innecesarios e inadecuados. [14]
Se cree que este problema se ha resuelto en términos de evolución, es decir, "marcando" (metilando) el 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. Por lo tanto, 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 provoca daños duraderos. 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
Los organismos sintetizan uracilo, en forma de monofosfato de uridina (UMP), mediante la descarboxilación de orotidina 5'-monofosfato (ácido orotidílico). En humanos esta descarboxilación se logra mediante la enzima UMP sintasa . A diferencia de los nucleótidos de purina, el anillo de pirimidina (ácido orotidílico) que conduce al uracilo se sintetiza primero y luego se une a la ribosa fosfato , formando UMP. [dieciséis]
Hay muchas síntesis de laboratorio de uracilo disponibles. La primera reacción es la más simple de las síntesis, añadiendo agua a la citosina para producir uracilo y amoníaco : [2]
La forma más común de sintetizar uracilo es mediante la condensación de ácido málico con urea en ácido sulfúrico fumante : [5]
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]
En 2009, los científicos de la NASA informaron haber producido uracilo a partir de pirimidina y agua helada exponiéndolo a luz ultravioleta en condiciones espaciales. [10] Esto sugiere una posible fuente original natural de uracilo. [18] En 2014, los científicos de la NASA informaron que en el laboratorio se habían formado compuestos orgánicos complejos de ADN y ARN de la vida , incluidos uracilo, citosina y timina , en condiciones del espacio exterior , comenzando con hielo, pirimidina , amoníaco y metanol, que son compuestos que se encuentran en ambientes astrofísicos. [19] La pirimidina, al igual que los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), una sustancia química rica en carbono que se encuentra en el Universo , puede haberse formado en gigantes rojas o en nubes de gas y polvo interestelares . [20]
Basándose en las proporciones isotópicas 12 C/ 13 C de los compuestos orgánicos encontrados en el meteorito Murchison , se cree que el uracilo, la xantina y moléculas relacionadas también pueden formarse extraterrestre. [7] Los datos de la misión Cassini , que orbita en el sistema de Saturno , sugieren que el uracilo está presente en la superficie de la luna Titán . [9] En 2023, se observó uracilo en una muestra de 162173 Ryugu , un asteroide cercano a la Tierra , sin exposición a la biosfera de la Tierra, lo que proporciona más evidencia de la síntesis en el espacio. [8]
El uracilo sufre 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 con luz ultravioleta . [5] El uracilo también tiene la capacidad de reaccionar con halógenos elementales debido a la presencia de más de un grupo fuertemente donador de electrones. [5]
El uracilo se añade fácilmente a los azúcares ribosa y a los fosfatos para participar en la síntesis y reacciones adicionales en el cuerpo. El uracilo se convierte en uridina , monofosfato de uridina (UMP), difosfato de uridina (UDP), trifosfato de uridina (UTP) y difosfato de uridina 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. [21] 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 desaceleración de la reacción ocurre si el pH disminuye, debido a la protonación de la hidracina. [21] La reactividad del uracilo permanece sin cambios, incluso si cambia la temperatura. [21]
El uso del uracilo en el cuerpo es ayudar a llevar a cabo la síntesis de muchas enzimas necesarias para el funcionamiento celular mediante la unión con ribosas y fosfatos. [2] El uracilo sirve como regulador alostérico y coenzima para reacciones en animales y plantas. [22] La UMP controla la actividad de la carbamoil fosfato sintetasa y la aspartato transcarbamoilasa en plantas, mientras que la UDP y la UTP regulan la actividad de la 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 . [22] El uracilo también participa en la biosíntesis de polisacáridos y el transporte de azúcares que contienen aldehídos . [22] El uracilo es importante para la desintoxicación de muchos carcinógenos , por ejemplo los que se encuentran en el humo del tabaco. [23] El uracilo también es necesario para desintoxicar muchas drogas como los cannabinoides (THC) [24] y la morfina (opioides). [25] También puede aumentar ligeramente el riesgo de cáncer en casos inusuales en los que el cuerpo tiene una deficiencia extrema de folato . [26] La deficiencia de folato conduce a una mayor proporción de monofosfatos de desoxiuridina (dUMP)/ monofosfatos de desoxitimidina (dTMP) y a una mala incorporación de uracilo al ADN y, finalmente, a una baja producción de ADN. [26]
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 anticancerígeno ( antimetabolito ) que se utiliza para hacerse pasar por uracilo durante el proceso de replicación del ácido nucleico. [2] Debido a que el 5-fluorouracilo tiene una forma similar al uracilo, pero no sufre la misma química, el fármaco inhibe las enzimas de transcripción del 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. [27] El uracilo también ha demostrado potencial como inhibidor de la cápside viral del VIH. [28] Los derivados de uracilo tienen actividad antiviral, antituberculosa y antileishmania. [29] [30] [31]
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 . [32] Los derivados de uracilo que contienen un anillo de diazina se utilizan en pesticidas . [33] Los derivados de uracilo se utilizan con mayor frecuencia como herbicidas antifotosintéticos , destruyendo las malas hierbas en el algodón , la remolacha azucarera , los nabos , la soja , los guisantes , los cultivos de girasol , los viñedos , las plantaciones de bayas y los huertos . [33] Los derivados de uracilo pueden mejorar la actividad de los polisacáridos antimicrobianos como el quitosano . [34]
En la levadura , las concentraciones de uracilo son inversamente proporcionales a la uracilo permeasa. [35]
Las mezclas que contienen uracilo también se utilizan habitualmente para probar columnas de HPLC de fase reversa . Como el uracilo esencialmente no es retenido por la fase estacionaria no polar, esto se puede utilizar para determinar el tiempo de permanencia (y posteriormente el volumen de permanencia, dado un caudal conocido) del sistema.
Dasselbe stellt sich sonach als Mmethylderivat der Verbindung: welche ich willkürlich mit dem Namen Uracil belege, dar.[Por lo tanto, el mismo compuesto se representa como el derivado metílico del compuesto, al que arbitrariamente asignaré el nombre de ' uracilo '.]