stringtranslate.com

Гуанин

Гуанин ( / ˈ ɡ w ɑː n ɪ n / ⓘ ) (символ GилиGua) — одно из четырех основныхнуклеиновых оснований, обнаруженных внуклеиновых кислотах ДНКиРНК, остальные —аденин,цитозинитимин(урацилв РНК). ВДНКгуанин соединен с цитозином. Гуанин-нуклеозидназываетсягуанозин.

Гуанин с формулой C 5 H 5 N 5 O представляет собой производное пурина , состоящее из конденсированной пиримидин - имидазольной кольцевой системы с сопряженными двойными связями. Такое ненасыщенное расположение означает, что бициклическая молекула плоская.

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 .

Он связывается с цитозином посредством трех водородных связей . 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, а группа N-1 и аминогруппа C-2 действуют как доноры водородной связи.

Цитозин и гуанин с указанием направления водородных связей (стрелка указывает на положительный или отрицательный заряд)

Гуанин может быть гидролизован сильной кислотой до глицина , аммиака , углекислого газа и монооксида углерода . Сначала гуанин дезаминируется, превращаясь в ксантин . [2] Гуанин окисляется легче, чем аденин, другое производное пурина основание в ДНК. Его высокая температура плавления 350 ° C отражает межмолекулярную водородную связь между оксо- и аминогруппами в молекулах кристалла. Из-за этой межмолекулярной связи гуанин относительно нерастворим в воде, но растворим в разбавленных кислотах и ​​основаниях.

История

О первом выделении гуанина сообщил в 1844 году немецкий химик Юлиус Бодо Унгер  [ де ] (1819–1885), который получил его как минерал, образовавшийся из экскрементов морских птиц, известный как гуано и который использовался в качестве источник удобрений; Гуанин был назван в 1846 году. [3] Между 1882 и 1906 годами Эмиль Фишер определил структуру, а также показал, что мочевая кислота может превращаться 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.
4CN , замороженный при -20 ° C в течение 25 лет, дал выход 0,0035%. Эти результаты показывают, что гуанин мог возникнуть в замерзших регионах первобытной Земли. В 1984 году Юаса сообщил о выходе гуанина 0,00017% после электрического разряда NH .
3, СН
4, С
2ЧАС
6и 50 мл воды с последующим кислотным гидролизом. Однако неизвестно, не было ли присутствие гуанина просто результатом 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, наряду с аденином , урацилом и тимином . Нагревание эквимолярной газовой смеси CO, H 2 и NH 3 до 700 °C в течение 15–24 минут с последующим быстрым охлаждением и последующим постоянным повторным нагреванием до 100–200 °C в течение 16–44 часов с использованием оксида алюминия в качестве катализатора привело к получению гуанина. и урацил:

10CO + H 2 + 10NH 3 → 2C 5 H 8 N 5 O (гуанин) + 8H 2 O

Другой возможный абиотический путь был исследован путем тушения высокотемпературной плазмы газовой смеси 90% N 2 –10% CO–H 2 O. [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 пуринов Траубе

Биосинтез

Гуанин не синтезируется de novo [ необходимы пояснения ] , вместо этого он отделяется от более сложной молекулы, гуанозина , ферментом гуанозинфосфорилазой :

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

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

Другие случаи и биологическое использование

Слово гуанин происходит от испанского заимствованного слова guano («помет птиц/летучих мышей»), которое само по себе происходит от слова кечуа wanu , что означает «навоз». Как отмечает Оксфордский словарь английского языка , гуанин — это «белое аморфное вещество, в большом количестве получаемое из гуано, входящее в состав экскрементов птиц». [7]

В 1656 году в Париже некий Жакен извлек из чешуи рыбы Alburnus alburnus так называемую «жемчужную эссенцию», [8] представляющую 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 красках типа «металлик», а также в имитации жемчуга и пластика. 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 странах, поскольку гуанин в помете делает кожу бледнее. [10] Кристаллы гуанина представляют собой ромбические пластинки, состоящие из нескольких прозрачных слоев, но они имеют высокий показатель преломления, который частично отражает и пропускает свет от слоя к слою, создавая тем самым жемчужный блеск. Его можно наносить распылением, окраской или окунанием. Это может раздражать глаза. Его альтернативами являются слюда , искусственный жемчуг (из молотых 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, среди прочего, маскировка, демонстрация и обзор. [12]

Пауки, скорпионы и некоторые амфибии превращают аммиак как продукт белкового обмена в клетках в гуанин, который выводится из организма 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 метеоритов , найденных на Земле, предполагающий, что строительные блоки ДНК и РНК (гуанин, аденин и родственные им органические молекулы ) могли образоваться внеземным путем в космическом пространстве. [14] [15] [16]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Доусон, RMC и др., Данные для биохимических исследований , Оксфорд, Clarendon Press, 1959.
  2. ^ Ангштадт. «Пурины и пиримидины» . Проверено 27 марта 2008 г. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  3. ↑ Гуанин был впервые выделен в 1844 году Юлиусом Бодо Унгером (1819–1885), учеником Генриха Густава Магнуса . Видеть:
    • Пол О. П. Цо , Основные принципы химии нуклеиновых кислот , том. 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 г.). «Производство гуанина путем полимеризации NH4CN». Журнал молекулярной эволюции . 49 (2): 165–8. Бибкод : 1999JMolE..49..165L. дои : 10.1007/PL00006539. PMID  10441668. S2CID  32194418.- цитирует статью Юасы и указывает на возможность присутствия примеси в реакции.
  6. ^ Миякава, С; Мурасава, К.; Кобаяши, К.; Саваока, AB. (декабрь 2000 г.). «Абиотический синтез гуанина высокотемпературной плазмой». Ориг Лайф Эвол Биосф . 30 (6): 557–66. Бибкод : 2000OLEB...30..557M. дои : 10.1023/А: 1026587607264. PMID  11196576. S2CID  25417484.
  7. ^ ОЭД. «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 октября 2008 г.). «Уход за лицом гейши, «последний секрет красоты» Виктории Бекхэм, донесенный до масс». Образ жизни . Телеграф. Архивировано из оригинала 5 декабря 2008 г. Проверено 20 ноября 2008 г.
  11. ^ «Как делается жемчуг... Искусственный, фальшивый, имитационный, искусственный или искусственный» . {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  12. ^ abc Гур, Двир; Палмер, Бенджамин А.; Вайнер, Стив; Аддади, Лия (2017). «Манипулирование светом с помощью кристаллов гуанина в организмах: биогенные рассеиватели, зеркала, многослойные отражатели и фотонные кристаллы». Передовые функциональные материалы . 27 (6): 1603514. doi :10.1002/adfm.201603514. S2CID  136383728.
  13. ^ аб Фокс, DL (1979). Биохромия, естественная окраска живых существ . Издательство Калифорнийского университета. ISBN 978-0-520-03699-4.
  14. ^ Каллахан; Смит, Кентукки; Кливс, HJ; Ружица, Дж.; Стерн, Дж. К.; Главин, Д.П.; Дом, Швейцария; Дворкин, JP (11 августа 2011 г.). «Углеродистые метеориты содержат широкий спектр внеземных азотистых оснований». Учеб. Натл. акад. наук. США . ПНАС . 108 (34): 13995–8. Бибкод : 2011PNAS..10813995C. дои : 10.1073/pnas.1106493108 . ПМК 3161613 . ПМИД  21836052. 
  15. ↑ Штайгервальд, Джон (8 августа 2011 г.). «Исследователи НАСА: строительные блоки ДНК можно создавать в космосе». НАСА . Проверено 10 августа 2011 г.
  16. ^ Сотрудники ScienceDaily (9 августа 2011 г.). «Строительные блоки ДНК можно создавать в космосе, свидетельствуют данные НАСА». ScienceDaily . Проверено 9 августа 2011 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме гуанина .