stringtranslate.com

гуанин

Гуанин ( / ˈ ɡ w ɑː n ɪ n / ⓘ ) (символ GилиGua) — одно из четырёх основныхнуклеотидных оснований, встречающихся внуклеиновых кислотах ДНКиРНК, остальные —аденин,цитозинитимин(урацилв РНК). ВДНКНуклеозидгуанинаназываетсягуанозином.

С формулой C 5 H 5 N 5 O гуанин является производным пурина , состоящим из конденсированной пиримидин - имидазольной кольцевой системы с сопряженными двойными связями. Эта ненасыщенная структура означает, что бициклическая молекула является плоской.

Характеристики

Гуанин, наряду с аденином и цитозином, присутствует как в ДНК, так и в РНК, тогда как тимин обычно встречается только в ДНК, а урацил только в РНК. Гуанин имеет две таутомерные формы, основную кето-форму (см. рисунки) и редкую енольную форму . [ необходима цитата ]

Он связывается с цитозином через три водородные связи . В цитозине аминогруппа действует как донор водородной связи, а карбонил C-2 и амин N-3 — как акцепторы водородной связи. Гуанин имеет карбонильную группу C-6, которая действует как акцептор водородной связи, в то время как группа в N-1 и аминогруппа в C-2 действуют как доноры водородной связи. [ необходима цитата ]

Цитозин и гуанин с указанием направления водородной связи (стрелка указывает от положительного к отрицательному заряду)

Гуанин может быть гидролизован сильной кислотой до глицина , аммиака , углекислого газа и оксида углерода . Сначала гуанин дезаминируется, становясь ксантином . [ 2] Гуанин окисляется легче, чем аденин, другое производное пуринового основания в ДНК. Его высокая температура плавления 350 °C отражает межмолекулярные водородные связи между оксо- и аминогруппами в молекулах в кристалле. Из-за этой межмолекулярной связи гуанин относительно нерастворим в воде, но растворим в разбавленных кислотах и ​​основаниях.

История

Первое выделение гуанина было сообщено в 1844 году немецким химиком Юлиусом Бодо Унгером  [de] (1819–1885), который получил его как минерал, образованный из экскрементов морских птиц, который известен как гуано и использовался в качестве источника удобрения; гуанин был назван в 1846 году. [3] Между 1882 и 1906 годами Эмиль Фишер определил структуру, а также показал, что мочевая кислота может быть преобразована в гуанин. [4]

Синтез

Следовые количества гуанина образуются при полимеризации цианида аммония ( NH
4CN ). Два эксперимента, проведенные Леви и др., показали, что нагревание 10 моль·л −1 NH
4CN при 80 °C в течение 24 часов дал выход 0,0007%, при использовании 0,1 моль·л −1 NH
4Замороженный при температуре −20 °C в течение 25 лет CN дал выход 0,0035%. Эти результаты указывают на то, что гуанин мог возникнуть в замороженных регионах первобытной Земли. В 1984 году Юаса сообщил о выходе гуанина 0,00017% после электрического разряда NH
3, CH
4, С
2ЧАС
6, и 50 мл воды, с последующим кислотным гидролизом. Однако неизвестно, не было ли присутствие гуанина просто конечным загрязнителем реакции. [5]

10NH 3 + 2CH 4 + 4C 2 H 6 + 2H 2 O → 2C 5 H 8 N 5 O (гуанин) + 25H 2

Синтез Фишера-Тропша также может быть использован для образования гуанина, а также аденина , урацила и тимина . Нагревание эквимолярной газовой смеси CO, H 2 и NH 3 до 700 °C в течение 15–24 минут, с последующим быстрым охлаждением и последующим непрерывным повторным нагреванием до 100–200 °C в течение 16–44 часов с катализатором на основе оксида алюминия, дало гуанин и урацил:

10CO + H2 + 10NH3 → 2C5H8N5O ( гуанин ) + 8H2O​

Другой возможный абиотический путь был исследован путем закалки газовой смеси 90% N2 –10 %CO–H2O в высокотемпературной плазме. [6]

Синтез Траубе включает нагревание 2,4,5-триамино-1,6-дигидро-6-оксипиримидина (в виде сульфата) с муравьиной кислотой в течение нескольких часов.синтез пурина Траубе

Биосинтез

Гуанин не синтезируется de novo [ требуется разъяснение ] , вместо этого он расщепляется из более сложной молекулы, гуанозина , ферментом гуанозинфосфорилазой :

гуанозин + фосфат гуанин + альфа-D-рибоза 1-фосфат

Гуанин может быть синтезирован de novo с помощью фермента, ограничивающего скорость реакции, инозинмонофосфатдегидрогеназы .

Другие случаи и биологическое использование

Слово гуанин происходит от испанского заимствованного слова guano ('птичий/летучий помет'), которое, в свою очередь, происходит от слова кечуа wanu , означающего 'навоз'. Как отмечает Оксфордский словарь английского языка , гуанин - это "белое аморфное вещество, получаемое в изобилии из гуано, образующее компонент экскрементов птиц". [7]

В 1656 году в Париже г-н Жакин извлек из чешуи рыбы Alburnus alburnus так называемую «жемчужную эссенцию» [8] , которая представляет собой кристаллический гуанин. [9] В косметической промышленности кристаллический гуанин используется в качестве добавки к различным продуктам (например, шампуням), где он обеспечивает перламутровый переливающийся эффект. Он также используется в металлических красках и имитирующих жемчуг и пластике. Он придает мерцающий блеск теням для век и лаку для ногтей . Процедуры по уходу за лицом с использованием помета, или гуано, японских соловьев использовались в Японии и других местах, потому что гуанин в помете делает кожу более бледной. [10] Кристаллы гуанина представляют собой ромбические пластинки, состоящие из нескольких прозрачных слоев, но они имеют высокий показатель преломления, который частично отражает и пропускает свет из слоя в слой, таким образом создавая перламутровый блеск. Его можно наносить распылением, красить или окунать. Он может раздражать глаза. Альтернативой ему являются слюда , искусственный жемчуг (из измельченных ракушек) [11] , а также частицы алюминия и бронзы .

Гуанин имеет очень широкий спектр биологических применений, которые включают ряд функций, варьирующихся как по сложности, так и по универсальности. К ним относятся камуфляж, демонстрация и зрение среди других целей. [12]

Пауки, скорпионы и некоторые земноводные преобразуют аммиак, как продукт метаболизма белков в клетках, в гуанин, поскольку он может выводиться с минимальной потерей воды. [12]

Гуанин также содержится в специализированных клетках кожи рыб, называемых иридоцитами (например, осетровых ), [13] [12], а также присутствует в отражающих отложениях глаз глубоководных рыб и некоторых рептилий , таких как крокодилы и хамелеоны . [13]

8 августа 2011 года был опубликован отчет, основанный на исследованиях НАСА с метеоритами , найденными на Земле, в котором предполагалось, что строительные блоки ДНК и РНК (гуанин, аденин и родственные органические молекулы ) могли быть сформированы вне Земли, в открытом космосе. [14] [15] [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Доусон, Р. М. К. и др., Данные для биохимических исследований , Оксфорд, Clarendon Press, 1959.
  2. ^ Angstadt. "Пурины и пиримидины" . Получено 27.03.2008 . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  3. ^ Гуанин был впервые выделен в 1844 году Юлиусом Бодо Унгером (1819–1885), учеником Генриха Густава Магнуса . См.:
    • Пол О. П. Цо , Основные принципы химии нуклеиновых кислот , т. 1 (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Academic Press, 1974), стр. 7.
    • Магнус (1844) «Ueber das Vorkommen von Xanthicoxyd im Guano» (О появлении оксида ксанта в гуано), Annalen der Chemie und Pharmacie , 51  : 395-397.
    • Б. Унгер (1846) «Bemerkungen zu obiger Notiz» (Комментарии к вышеуказанному уведомлению), Annalen der Chemie und Pharmacie , 58  : 18-20. Со страницы 20: «... desshalb möchte ich den Namen Guanin vorschlagen, welcher an seine Herkunft erinnert». (...поэтому я хотел бы предложить название гуанин , напоминающее о его происхождении.)
    • Б. Унгер (1846) «Das Guanin und seine Verbindungen» (Гуанин и его соединения), Annalen der Chemie und Pharmacie , 59  : 58-68.
  4. ^ "Эмиль Фишер - Биографический".
  5. ^ Леви, Мэтью; Стэнли Л. Миллер; Джон Оро (август 1999). «Производство гуанина из полимеризаций NH4CN». Журнал молекулярной эволюции . 49 (2): 165–8. Bibcode : 1999JMolE..49..165L. doi : 10.1007/PL00006539. PMID  10441668. S2CID  32194418.- цитирует статью Юасы и указывает на возможность присутствия загрязняющих веществ в реакции.
  6. ^ Миякава, С.; Мурасава, К.; Кобаяши, К.; Саваока, АБ. (декабрь 2000 г.). «Абиотический синтез гуанина с высокотемпературной плазмой». Orig Life Evol Biosph . 30 (6): 557–66. Bibcode : 2000OLEB...30..557M. doi : 10.1023/A:1026587607264. PMID  11196576. S2CID  25417484.
  7. ^ Оксфордский словарь английского языка. «гуанин», а также «гуано».
  8. ^ Иоганн Рудольф фон Вагнер, Фердинанд Фишер и Л. Готье, Traité de chimie industrielle (Трактат о промышленной химии), 4-е изд., (Париж, Франция: Masson & Co., 1903), том. 2, стр. 64–65.
  9. ↑ В 1861 году французский химик Шарль-Луи Барресвиль (1817–1870) обнаружил, что «эссенцией жемчуга» является гуанин. См.: Барресвиль (1861) «Sur le blanc d'ablette qui sert à la Fabrication des perles fausses» (О белизне жемчуга, используемого при изготовлении искусственного жемчуга), Comptes rendus , 53  : 246.
  10. ^ Уитворт, Мелисса (16.10.2008). «Уход за лицом гейши, «последний секрет красоты» Виктории Бекхэм, представленный массам». Образ жизни . Telegraph. Архивировано из оригинала 05.12.2008 . Получено 20.11.2008 .
  11. ^ «Как изготавливают жемчуг... Поддельный, фальшивый, имитация, смоделированный или искусственный». {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  12. ^ abc Гур, Двир; Палмер, Бенджамин А.; Вайнер, Стив; Аддади, Лиа (2017). «Манипуляция светом с помощью кристаллов гуанина в организмах: биогенные рассеиватели, зеркала, многослойные отражатели и фотонные кристаллы». Advanced Functional Materials . 27 (6): 1603514. doi :10.1002/adfm.201603514. S2CID  136383728.
  13. ^ ab Fox, DL (1979). Биохромия, естественная окраска живых существ . Издательство Калифорнийского университета. ISBN 978-0-520-03699-4.
  14. ^ Каллахан; Смит, К.Е.; Кливз, Х.Дж.; Ружица, Дж.; Стерн, Дж.К.; Главин, Д.П.; Хаус, Ч.Х.; Дворкин, Дж.П. (11 августа 2011 г.). «Углеродистые метеориты содержат широкий спектр внеземных азотистых оснований». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (34). PNAS : 13995–8. Bibcode : 2011PNAS..10813995C. doi : 10.1073/pnas.1106493108 . PMC 3161613. PMID  21836052 . 
  15. ^ Штайгервальд, Джон (8 августа 2011 г.). «Исследователи НАСА: строительные блоки ДНК можно изготавливать в космосе». НАСА . Архивировано из оригинала 2015-06-23 . Получено 2011-08-10 .
  16. ^ «Строительные блоки ДНК могут быть созданы в космосе, свидетельствуют данные НАСА». ScienceDaily . 9 августа 2011 г. Получено 09.08.2011 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Гуанин .