Urasil: Pengertian, sifat, fungsi, struktur, sintesis

Urasil adalah pirimidin, salah satu dari empat basa nitrogen yang merupakan bagian dari RNA dan dalam kode genetik diwakili oleh huruf U. Rumus molekulnya adalah C4H4N2O2. Urasil menggantikan timin dalam RNA. empat basa nitrogen yang membentuk DNA.

Seperti timin, urasil selalu dipasangkan dengan adenin melalui dua ikatan hidrogen, tetapi tidak memiliki gugus metil. Ini membentuk nukleosida uridin (Urd) dan nukleotida uridilat (UMP). Urasil awalnya ditemukan pada tahun 1900. Diisolasi dengan hidrolisis asam ribonukleat dari ragi yang ditemukan di organ-organ sapi tertentu: timus dan limpa, serta dalam herring sperma dan bibit gandum. Urasil adalah molekul dengan struktur planar, tidak jenuh dan dengan kemampuan menyerap zat.

Apa itu

Uracil (U) adalah salah satu dari empat basa kimia yang merupakan bagian dari RNA. Tiga basa lainnya adalah adenin (A), sitosin (C) dan guanin (G). Dalam DNA, basa timin (T) menggantikan urasil.

Untuk waktu yang relatif singkat kita tahu bahwa ada urasil dalam DNA. Tapi mari kita mulai untuk memahami fungsinya. Semua informasi yang membuat makhluk hidup seperti kita terkandung dalam beberapa molekul organik yang kita sebut asam nukleat dan bisa terdiri dari dua jenis: asam ribonukleat yang kita kenal sebagai RNA dan asam deoksiribonukleat yang kita sebut DNA.

Kehidupan dimulai di Bumi sekitar 3,6 miliar tahun yang lalu dan tampaknya itu berkat mekanisme replikasi, yaitu formula kimia yang dihasilkan yang memiliki kemampuan untuk menyalin dirinya sendiri.

Kemungkinan besar, elemen replikasi itu adalah RNA. RNA tidak lebih dari molekul organik, rantai yang dibentuk oleh molekul lain yang lebih kecil dan lebih sederhana yang disebut basa nitrogen.

Basa nitrogen yang membentuk RNA adalah empat: adenin, sitosin, guanin, dan urasil yang Anda bicarakan sekarang. Setelah beberapa saat RNA mengalami modifikasi, berevolusi dan muncul DNA yang juga dibentuk oleh empat basa: adenin, sitosin, guanin tetapi, tidak seperti RNA, alih-alih urasil, DNA mengandung timin.

Perbedaan besar lainnya antara dua asam nukleat adalah RNA adalah rantai tunggal dan DNA adalah dua rantai yang membentuk helikoid. Pengetahuan umum adalah urasil hanya ditemukan dalam RNA dan timin dalam DNA.

Selama sekitar lima belas tahun, dan berkat karya peneliti Angela Bekési dan kolaboratornya, kita tahu bahwa DNA juga dapat mengandung urasil dalam beberapa kasus. Ini bukan kehadiran umum karena seperti yang saya jelaskan, basa yang menggantikan urasil dalam DNA adalah timin.

Tetapi ada kalanya DNA sitosin secara spontan berubah menjadi urasil. Kita tidak tahu mengapa itu terjadi tetapi kita tahu apa yang menyebabkan perubahan ini, ketika DNA digandakan lagi di mana ada urasil itu dilengkapi dengan adenin, bukan guanin sebagaimana mestinya; ini mengubah protein selanjutnya yang dapat dikodekan oleh perubahan basa dalam DNA.

Genom disiapkan untuk mendeteksi kesalahan dan menghilangkannya dan itulah yang terjadi ketika urasil muncul dalam DNA. Organisme mengakui bahwa perubahan sebagai kerusakan genetik, menghilangkan urasil dan menggantinya dengan timin yang seharusnya ada di sana.

Di sisi lain, ketika tubuh mendeteksi adanya kelebihan urasil dalam sel, ia menghilangkan urasil dengan memotong rantai DNA. Jika ada banyak urasil, proses ini akan terjadi berkali-kali, sehingga mungkin ada fragmentasi kromosom, ketika rantai DNA rusak oleh banyak situs dan tidak bisa lagi bergabung lagi.

Jika itu terjadi, apa yang dikenal sebagai kematian sel terprogram terjadi dalam sel. Sel mati karena mengandung kelebihan kesalahan genetik.

Fenomena ini telah direproduksi secara artifisial untuk mengobati beberapa jenis kanker: tumor yang sangat lokal. Urasil dimasukkan ke dalam DNA sel-sel kanker yang, ketika mereka membelah dengan kecepatan tinggi, memasukkan sejumlah besar urasil ke dalam DNA mereka dan yang menyebabkan kematian sel-sel ini.

Ini adalah terapi yang bekerja, meskipun perlu jelas bahwa hanya untuk beberapa jenis tumor yang sangat spesifik karena jika mereka tidak terlalu terlokalisasi, kelebihan urasil dapat menyebar ke jaringan lain dan menyebabkan kematian sel-sel sehat.

Penemuan besar lainnya adalah beberapa organisme memiliki urasil alih-alih timin sebagai aturan dalam DNA mereka. Sebagai contoh, ini telah terdeteksi di beberapa fag yang merupakan virus yang menginfeksi bakteri.urasil

Dan juga telah ditemukan bahwa makhluk hidup jauh lebih kompleks daripada virus-virus ini, seperti beberapa jenis serangga, terutama semut dan kupu-kupu, memiliki urasil dalam DNA mereka dalam beberapa jaringan dan hanya selama sebagian metamorfosis mereka.

Pada tahap larva, DNA serangga ini memiliki sejumlah besar urasil tetapi hanya pada jaringan yang tidak akan mereka gunakan nanti. Tampaknya urasil berfungsi dalam kasus itu sebagai semacam sinyal untuk memberi tahu organisme bahwa ia harus memulai kematian sel dari jaringan-jaringan itu yang tidak akan lagi dilayani oleh hewan.

Akhirnya, vertebrata, di antaranya kita manusia, memiliki urasil dalam DNA gen yang mengkode sistem kekebalan tubuh, khususnya yang adaptif. Fungsi sistem kekebalan tubuh adalah menghasilkan banyak antibodi yang sangat berbeda sehingga tubuh terlindung dari patogen eksternal.

Untuk mencapai itu, sistem ini perlu terus meningkatkan jumlah antibodi yang berbeda dan ini dicapai melalui rekombinasi genetik dan mutasi. Dalam sistem kekebalan, tingkat mutasi sangat tinggi sehingga dapat menghasilkan antibodi baru. Dan justru dalam sistem kekebalan di mana tingkat tertinggi kemunculan urasil dalam DNA menggantikan sitosin terjadi.

Tampaknya alam memasukkan kesalahan ini yang disebabkan oleh peningkatan urasil untuk memiliki lebih banyak informasi dalam sistem kekebalan tubuh yang menimbulkan antibodi yang lebih bervariasi. Jadi jawaban atas pertanyaan Anda apakah fungsi urasil adalah dalam DNA tampaknya adalah keduanya: menyebabkan kematian sel terprogram dan meningkatkan variabilitas dalam respons imun.

Sifat

Urasil ditemukan dalam RNA, membentuk pasangan basa dengan adenin dan digantikan oleh timin dalam DNA. Metilasi urasil menghasilkan timin, yang lebih stabil, melindungi DNA dan meningkatkan efisiensi replikasinya. Urasil dapat membentuk pasangan basa dengan salah satu basa tergantung pada bagaimana molekul diatur dalam heliks ganda, tetapi membentuk lebih cepat dengan adenin karena gugus metilnya yang ditolak dalam posisi tetap.

Terbukti bahwa pasangan urasil mengikat adenosin melalui ikatan hidrogen. Urasil adalah akseptor ikatan hidrogen dan dapat membentuk dua ikatan ini untuk setiap molekul. Urasil juga dapat mengikat gula dalam kerangka hidrokarbon, ribosa, untuk membentuk ribonucleoside, uridine. Ketika fosfat berikatan dengan uridin, uridin 5′-monofosfat dihasilkan.

Tautomerisme

Uracil (U) memiliki varian tautomerik dalam bentuk amida-iminol yang dihasilkan berkat struktur resonansinya dalam substituen nitrogen dan oksigen. Karena ketidakstabilan molekul, ia memiliki beberapa sifat aromatik yang sebagian dikompensasi oleh stabilitas sikloamid. Tautomer keto biasanya struktur laktam, sedangkan tautomer enol disebut sebagai struktur laktim. Bentuk tautomerik ini dominan di lingkungan dengan pH sama dengan. Struktur laktam adalah bentuk urasil yang paling umum.

Urasil mendaur ulang dirinya sendiri untuk membentuk nukleotida dengan melakukan serangkaian reaksi seperti fosforibosiltransferase. Degradasi urasil menghasilkan substrat, aspartat, karbon dioksida, dan amonia.
Perbedaan antara struktur uridin dan pseudouridine

C4H4N2O2 → H3NCH2CH2COO + NH4 + CO2

Pseudourasil

Pseudourasil tidak benar-benar ada sebagai entitas kimia independen, karena secara kimia identik dengan urasil, tetapi dalam beberapa nukleosida dan nukleotida yang tidak biasa ketika mengikat gula ia melakukannya melalui karbon 5 dan bukan melalui nitrogen 1, dalam situasi ini Ini membentuk nukleosida yang biasa disebut pseudouridin dan nukleotida yang biasa disebut pseudourilat.

Sintesis

Ada banyak cara untuk mensintesis urasil di laboratorium. Reaksi pertama yang dijelaskan adalah yang paling sederhana dari semuanya, menambahkan air ke sitosin untuk menghasilkan urasil dan amonia. Cara paling umum untuk menghasilkan urasil adalah dengan kondensasi asam maleat dengan urea menjadi asam sulfat. Urasil dapat disintesis dengan dekomposisi ganda tiourasil dalam asam klorasetat dalam medium berair.

C4H5N3O + H2O → C4H4N2O2 + NH3
C4H4O4 + CH4N2O → C4H4N2O2 + 2 H2O + CO

Fotodehidrogenasi 5,6-diurasil, yang menyebabkannya disintesis sebagai beta-alanin, bereaksi dengan urea, menghasilkan urasil.

Fungsi

Penggunaan Uracil dalam tubuh adalah untuk membantu melakukan sintesis banyak enzim yang diperlukan untuk fungsi sel melalui ikatan dengan ribosa dan fosfat. Uracil berfungsi sebagai pengatur alosterik dan koenzim untuk reaksi pada hewan dan pada tanaman.

UMP mengontrol aktivitas carbamoyl phosphate synthetase dan aspartate transcarbamoylase pada tanaman, sementara UDP dan UTP merequlasi aktivitas CPSase II pada hewan. UDP-glukosa mengatur konversi glukosa menjadi galaktosa di hati dan jaringan lain dalam proses metabolisme karbohidrat.

Urasil juga terlibat dalam biosintesis polisakarida dan pengangkutan gula yang mengandung aldehida. Urasil penting untuk detoksifikasi banyak karsinogen, misalnya yang ditemukan dalam asap tembakau.

Urasil juga diperlukan untuk mendetoksifikasi banyak obat seperti kanabinoid (THC) dan morfin (opioid). Ini juga dapat sedikit meningkatkan risiko kanker pada kasus yang tidak biasa di mana tubuh sangat kekurangan folat. Kekurangan folat menyebabkan peningkatan rasio deoxyuridine monophosphate (dUMP) / deoxythymidine monophosphate (dTMP) dan misincorporation urasil ke dalam DNA dan akhirnya produksi DNA yang rendah.

Urasil dapat digunakan untuk pengiriman obat dan sebagai obat. Ketika unsur fluor bereaksi dengan urasil, mereka menghasilkan 5-fluorourasil. 5-Fluorouracil adalah obat antikanker (antimetabolit) yang digunakan untuk menyamar sebagai urasil selama proses replikasi asam nukleat. Karena 5-Fluorouracil memiliki bentuk yang mirip, tetapi tidak mengalami kimia yang sama seperti, urasil, obat ini menghambat enzim replikasi RNA, sehingga menghambat sintesis RNA dan menghentikan pertumbuhan sel kanker. Urasil juga dapat digunakan dalam sintesis kafein.

Urasil dapat digunakan untuk menentukan kontaminasi mikroba tomat. Kehadiran urasil menunjukkan kontaminasi bakteri asam laktat terhadap buah. Turunan urasil yang mengandung cincin diazine digunakan dalam pestisida. Turunan urasil lebih sering digunakan sebagai herbisida antiphotosintetik, menghancurkan gulma kapas, bit gula, lobak, kedelai, kacang polong, tanaman bunga matahari, kebun anggur, perkebunan berry, dan kebun buah.

Dalam ragi, konsentrasi urasil berbanding terbalik dengan permisi urasil.

Campuran yang mengandung urasil juga biasa digunakan untuk menguji kolom HPLC fase terbalik. Karena urasil pada dasarnya tidak ditahan oleh fase stasioner non-polar, ini dapat digunakan untuk menentukan waktu diam (dan selanjutnya volume tinggal, diberi laju aliran yang diketahui) dari sistem.