유라실

모두가 만들어 가는 위키 시보드위키
최근 수정 :

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)

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

  1. 1.구조
  2. 2.특성
  3. 3.수소 결합
  4. 4.역사
  5. 5.합성
  6. 6.유라실의 반응
    1. 6.1.친전자체성 브로민화 반응(nucleophilic bromination)
    2. 6.2.유라실의 알킬화 반응
  7. 7.유라실 유도체 약물
    1. 7.1.5-플루오로유라실(5-fluorouracil)
    2. 7.2.소포스부비르(sofosbuvir)
    3. 7.3.소리부딘(sorivudine)
    4. 7.4.알로글립틴(alogliptine)
    5. 7.5.지도부딘(zidovudine)
    6. 7.6.플록수리딘(floxuridine)
  8. 8.참고문헌

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.

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.

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)

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.

유라실 합성방법: 1) 사이토신과 물의 반응; 2) 말산과 요소의 반응(출처: 대한화학회).

유라실의 반응

친전자체성 브로민화 반응(nucleophilic bromination)

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)

유라실의 브롬화반응(출처: 대한화학회).

유라실의 알킬화 반응

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)

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