유라실
[ uracil ]
유라실(uracil)은 U로 표시하는 핵산 RNA의 4개의 핵염기 중 하나이다. 다른 핵염기로는 아데닌(adenine, A), 사이토신(cytosine, C), 구아닌(guanine, G)이 있으며, 이고리 화합물인 아데닌과 구아닌은 퓨린(purine)이라고 하고, 일고리 화합물인 유라실, 사이토신, 타이민은 피리미딘(pyrimidine) 계열이라고 부른다.1)
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유라실의 화학 구조(출처: 대한화학회)
이름 | 유라실(uracil) |
다른 이름 |
피리미딘-2,4(1H,3H)-다이온
(pyrimidine-2,4(1H,3H)-dione) 2,4-다이하이드록시피리미딘 (2,4-dihydroxypyrimidine) · 2,4-피리미딘다이올 · (2,4-Pyrimidinediol) |
CAS 번호 | 66-22-8 |
분자식 | C4H4N2O2 |
분자량 | 112.09 g/mol |
밀도 | 1.32 g/cm3 |
녹는점 | 335 °C |
성상 | 베이지색 분말형 고체 |
목차
구조
RNA에서 유라실은 두 개의 수소 결합을 통해 아데닌과 결합한다. DNA에서 유라실 핵염기는 타이민(thymine, T)으로 대체된다.2) 타이민은 유라실의 5번 탄소에 메틸화된 화합물이다.
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유라실과 관련 화합물의 구조: 유라실, 사이토신, 요산, 아데닌, 구아닌, 타이민 (출처: 대한화학회).
특성
유라실은 빛을 흡수할 수 있는 평면형 불포화 화합물이다. 락탐(lactam; 고리형 아마이드) 또는 아마이드(amide) 형태의 구조와 이의 토토머(tautomer)인 락팀(lactim) 구조의 방향족 화합물인 2,4-다이하이드록시피리미딘(2,4-dihydroxypyrimidine)으로 존재한다. 평형 상태에서 락탐이 훨씬 더 안정한 토토머이다.
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유라실의 토토머 구조: 락탐과 락팀 형태로 존재한다(출처: 대한화학회).
수소 결합
RNA에서 유라실은 두 개의 수소 결합을 통해 아데닌과 결합한다. 유라실 4번 위치 카보닐 탄소가 수소 결합 받개(acceptor), 3번 위치 아민의 수소가 수소 결합 주개(donor) 역할을 한다.3)
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유라실과 아데닌의 수소 결합 (출처: 대한화학회).
역사
유라실이라는 이름은 1885년에 요산(uric acid) 유도체 합성을 연구하던 독일 화학자 로베르트 베렌트(Robert Behrend, 1856-1926)에 의해 처음으로 사용되었다. 1900년에 이탈리아 혈청학자 아스콜리(Alberto Ascoli, 1877-1957)에 의해 처음 발견되었으며, 효모 핵의 가수 분해를 통해 분리할 수 있었다. 소의 흉선과 비장, 청어의 정자, 밀의 배아에서도 발견되었다.
합성
- 사이토신(cytosine)에 물을 가해 반응시키면 사이토신 4번 탄소에 물이 공격하여 자발적으로 가수 분해가 되어 암모니아가 발생하며 유라실이 합성된다.
- 말산(malic acid)과 유레아(urea, 요소)를 발연(fuming) 황산 하에 반응시켜 유라실을 합성할 수 있다. 부산물로 물과 일산화 탄소가 생성된다.
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유라실 합성방법: 1) 사이토신과 물의 반응; 2) 말산과 요소의 반응(출처: 대한화학회).
유라실의 반응
유라실이 브로민과 물 조건에서 반응하면 5-브로모-6-하이드록시다이하이드로유라실(5-bromo-6-hydroxydihydrouracil) 중간체가 생성되며, 이후 탈수 반응에 의해 5-브로모유라실(5-bromouracil)이 생성된다.4)5)
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유라실의 브롬화반응(출처: 대한화학회).
아래 그림과 같은 유라실의 알킬화 반응에서 1.5 당량의 아이오도에테인(iodoethane, EtI), 염기로 탄산 포타슘(K2CO3), 상전이 촉매로 TBABr(tetrabutylammonium bromide)을 이용할 경우, N1-일치환(12%) 및 N1,N3-이치환(31%)된 유도체를 주 생성물로 얻는다. N3-일치환(1%) 또는 산성 조건에서 불안정한 O-알킬 유도체(1%)는 잘 얻어지지 않는다. 이들 반응의 위치 선택성은 반응 조건 및 유라실 고리의 이온화 가능한 양성자의 산성도에 의해 결정되는데, N1 – H 양성자의 산도(pKa = 9.43)는 N3 – H의 산성도 보다 높다(pKa >13).6)
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유라실의 알킬화 반응 (출처: 대한화학회).
유라실 유도체 약물
유라실 유도체 구조를 포함하는 항바이러스제, 항암제, 유전병 치료제, 당뇨병 치료제 등의 수 많은 승인된 약물이 있다.
5-플루오로유라실(5-fluorouracil)5-FU 라고도 부르는 대표적인 세포 독성 화학 요법 항암제이다. 상품명 아드루실(Adrucil)로 판매되고 있으며, 다양한 암 치료용 정맥 주사제로 사용된다. 직장암, 유방암 같은 고형암에 많이 사용하는 항암제이다.
소포스부비르(sofosbuvir)상품명 소발디(Sovaldi)인 C형 간염 치료제이다. 전구 약물(prodrug)이며, C형 간염 바이러스 hepatitis C NS5B 단백질 억제제로 작용한다.
소리부딘(sorivudine)BMS사에서 브로바비르(Brovavir)로 판매하는 수두-대상포진 바이러스 치료제이다. 바이러스의 DNA 중합효소(DNA polymerase)를 경쟁적으로 억제한다.
알로글립틴(alogliptine)상품명은 네시나(Nesina), 비피디아(Vipidia)이며, 당뇨병 치료제이다. 작용기전은 DPP-4(dipeptidyl peptidase 4) 억제제이다.
지도부딘(zidovudine)AZT(azidothymidine)라고도 부르는 HIV/AIDS 치료 및 예방에 사용되는 항레트로바이러스(antiretroviral) 약물이다. 항레트로바이러스(antiretroviral) 치료제이며, 역전사효소(reverse transcriptase)를 선택적으로 억제한다.
플록수리딘(floxuridine)5-플루오로디옥시유리딘(5-fluorodeoxyuridine)으로도 알려진 항대사 항암제이다. DNA 합성 억제제로 작용한다.
참고문헌
1.
2.
3. Principles of Biochemistry (3rd ed.). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 9780130266729.
4. THE BROMINATION OF URACIL AND THYMINE DERIVATIVES. Canadian Journal of Chemistry, 1959, 37, 590-598. .
5. Reaction of Bromine with Uracils. Nature, 1957, 180, 91–92. .
6. A diversity of alkylation/acylation products of uracil and its derivatives: synthesis and a structural study. Org. Biomol. Chem., 2019, 17, 354-362. .
동의어
우라실, 유라실