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Uracil

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Strukturformel
Strukturformel von Uracil
Allgemeines
Name Uracil
Andere Namen
  • Pyrimidin-2,4(1H,3H)-dion
  • 2,4-Pyrimidindion
Summenformel C4H4N2O2
Kurzbeschreibung

weißer, pulvriger Feststoff<ref name="Alfa">Datenblatt Vorlage:Linktext-Check bei Alfa AesarVorlage:Abrufdatum (Seite nicht mehr abrufbar).</ref>

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN
EG-Nummer 200-621-9
ECHA-InfoCard 100.000.565
PubChem 1174
DrugBank DB03419
Wikidata [[:d:Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1464: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)|Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1464: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)]]
Eigenschaften
Molare Masse 112,09 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Schmelzpunkt

334 °C<ref name="Merck">Datenblatt Vorlage:Linktext-Check (PDF) bei CalbiochemVorlage:Abrufdatum</ref>

Löslichkeit

mäßig löslich in kaltem Wasser<ref name="Alfa" />, leicht löslich in heißem Wasser<ref name="Merck" />

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref name="Alfa" />
keine GHS-Piktogramme

H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze<ref name="Alfa" />
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0

−429,4 kJ/mol<ref name="CRC90_5_25">David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances, S. 5-25.</ref>

Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Uracil (U, Ura) ist eine der vier wichtigsten Nukleinbasen in der RNA, zusammen mit Adenin, Cytosin und Guanin. In der DNA steht an seiner Stelle Thymin. Es ist eine heterocyclische organische Verbindung mit einem Pyrimidingrundgerüst und zwei Substituenten (Sauerstoffatome an den Positionen 2 und 4). Die Nukleoside von Uracil sind das Uridin in der RNA und das sehr seltene Desoxyuridin in der DNA. In der Watson-Crick-Basenpaarung bildet es zwei Wasserstoffbrücken mit Adenin.

Geschichte

Uracil wurde 1900 in Marburg als ein Spaltprodukt des Nukleins aus Hefe von dem Italiener Alberto Ascoli isoliert,<ref>Alberto Ascoli: Ueber ein neues Spaltprodukt des Hefenucleins. In: Hoppe-Seyler (Hrsg.): Zeitschrift für physiologische Chemie. Band 31, Nr. 1–2, 2. Oktober 1900, S. 161–164, doi:10.1515/bchm2.1901.31.1-2.161.</ref> beraten durch seinen Lehrer Albrecht Kossel.<ref>Siehe auch Danksagung auf S. 164.</ref> Der Name für Uracil geht jedoch auf den Leipziger Chemiker Robert Behrend zurück, der 1885 die Struktur dieser Verbindung aus dem Methyl-Derivat hergeleitet hatte – bei seinen Versuchen, Abkömmlinge der Harnsäure zu synthetisieren.<ref>Robert Behrend: Versuche zur Synthese von Körpern der Harnsäurereihe. In: Justus Liebigs Annalen der Chemie. Band 229, Nr. 1–2, 4. März 1885, S. 1–44, doi:10.1002/jlac.18852290102.</ref>

Darstellung

Uracil lässt sich durch Kondensation von Harnstoff mit 3-Oxopropansäure („Formylessigsäure“, C3H4O3) erhalten. Die C3-Komponente ist jedoch in diesem Fall nicht lagerfähig und wurde daher durch Äpfelsäure ersetzt. Diese wird in konzentrierter Schwefelsäure unter Wasserabspaltung decarbonyliert, verliert also Kohlenmonoxid. Die in situ gebildete 3-Oxopropansäure kondensiert mit dem Harnstoff in der schwefelsauren Lösung unter zweifacher Abspaltung von Wasser.

Synthese von Uracil aus Äpfelsäure über 3-Oxopropansäure

Eigenschaften

Uracil ist ein weißer, pulvriger Feststoff, der bei 341 °C schmilzt.<ref name="Merck" />

Die Verbindung wurde beim hydrolytischen Abbau von Nukleinsäuren entdeckt. Eine Röntgenkristallstrukturanalyse bewies, dass von den möglichen tautomeren Formen im festen Zustand (mehrere desmotrope Formen existieren) die Dioxo-Form vorliegt.<ref>R. F. Stewart, L. H. Jensen: „Redetermination of the crystal structure of uracil“, Acta Cryst, 1947, 23, S. 1102–1105 (doi:10.1107/S0365110X67004360).</ref>

Tautomere Formen von Uracil

Uracil ist eine schwache Säure (pKa = 9,45). Die Aciditätskonstante liegt im Bereich von Phenol (pKa = 10,0) und anderen Enolen. Im Uracil-Anion ist die negative Ladung delokalisiert (mesomere Grenzstrukturen). Daher löst sich Uracil in wässrigen Alkalien und wässrigem Ammoniak.

Dissoziation von Uracil

Biologische Bedeutung

Uracil kommt im Körper hauptsächlich an Ribosephosphat gebunden vor, entweder als eines der Nukleotide Uridinmonophosphat (UMP), Uridindiphosphat (UDP) oder Uridintriphosphat (UTP) oder als Bestandteil der Ribonukleinsäure (RNA).

Bestandteil der RNA

Uracil bildet über die 4-Oxogruppe und die N–H-Gruppe die Basenpaarung zu Adenin mit zwei Wasserstoffbrücken aus.

Datei:Base pair AU.svg
Strukturformel eines A-U-Basenpaars

Physiologisch wird Uracil nur in die einsträngige RNA, nicht aber in die doppelsträngige Desoxyribonukleinsäure (DNA) eingebaut. Zur Paarung mit Adenin kommt es während der Transkription, in den Schleifen (Loops) der tRNA und während der Translation (Proteinbiosynthese).

Nukleoside

Uracil bildet mit Ribosen zwei verschiedene Nukleoside, das Uridin (U) (Verknüpfung über das N1-Atom) und das Pseudouridin (Ψ) (Verknüpfung über das C5-Atom).

Datei:Synthesis of Pseudouridine.svg
Pseudouridin (rechts) wird aus Uridin (links) durch eine Ψ-Synthase gebildet.

Nukleotide

Über die Phosphorylierung des Uridins am C5-Atom der Ribose gelangt man zu den wichtigen Nukleotiden Uridinmonophosphat (UMP), Uridindiphosphat (UDP) und Uridintriphosphat (UTP).

Datei:Uridintriphosphat protoniert.svg
Strukturformel von UTP

Vergleich von Uracil und Thymin

Datei:DesaminierungCtoU.png
Desaminierung von Cytosin (C) zu Uracil (U)

In RNA kommen als Nukleobasen neben den Purin-Basen Adenin (A) und Guanin (G) die beiden Pyrimidin-Basen Cytosin (C) und Uracil (U) vor, in DNA anstelle von Uracil das Thymin (T). Aus einem Cytosin kann relativ einfach durch Desaminierung und Hydrolyse ein Uracil entstehen, wodurch dann die Basensequenz geändert (mutiert) wird und die in der Nukleotidsequenz genetisch codierte Information verändert werden kann.

Datei:Thymin.svg
Thymin (T)

Vom Uracil unterscheidet sich Thymin durch eine zusätzliche Methylgruppe (5-Methyl-Uracil); es kann daher nicht ganz so einfach aus Cytosin entstehen. In einer DNA auftretendes Uracil kann von spezifischen Reparaturenzymen als mutierte Base erkannt, entfernt und gegen Cytosin ausgetauscht werden (Basenexzisionsreparatur).

Biochemischer Abbau

Uracil wird zu Kohlenstoffdioxid (CO2), zwei Ammoniumionen (NH4+) und 3-Oxopropansäure abgebaut. Letzteres reagiert weiter zu Malonyl-CoA, das zum Beispiel in der Fettsäuresynthese Verwertung finden kann.

Verwandte Verbindungen und Derivate

Datei:Dihydrouracil.svg Datei:1-Methyluracil Structural Formula V2.svg Datei:3-Methyluracil.svg Datei:Thymin.svg Datei:Fluorouracil.png Datei:5-Chlorouracil.svg Datei:5-Bromouracil structure.png Datei:5-Ioduracil Structural Formula V2.svg
Dihydrouracil
 
1-Methyluracil
 
3-Methyluracil
 
5-Methyluracil
(= Thymin)
5-Fluoruracil
 
5-Chloruracil
 
5-Bromuracil
 
5-Ioduracil
 
Datei:D-glucopyranosyloxymethyluracil.svg
Glucopyranosyloxymethyluracil
 

Einzelnachweise

<references />

Weblinks

Commons: Uracil – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Commons: Uracilderivate – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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