يوراسيلهو مشتق بيريميدين مهم مع مجموعة واسعة من التطبيقات البيولوجية والطبية والصناعية. كان هناك عدد كبير من نتائج البحث حول تخليق اليوراسيل ، بما في ذلك التخليق الكيميائي والتخليق الميكروبي والتخليق المحفز بالإنزيم. ستعرض هذه المقالة الطرق الاصطناعية المختلفة لـ Uracil بالتفصيل.
1. التركيب الكيميائي:
يعد التخليق الكيميائي أحد أقدم الطرق التخليقية وأكثرها تمثيلاً في اليوراسيل. في التركيب الكيميائي ، يتم الحصول على اليوراسيل من خلال تفاعل تكثيف 5- كلوروراسيل وأسيتيل أسيتون ، مع التحولات اللاحقة من خلال تفاعلات مختلفة. يتم سرد العديد من طرق التخليق الكيميائي الكلاسيكي أدناه:
1.1 خذ 5- كلوروراسيل كطريق اصطناعي لمادة البداية:
بدأ المسار التركيبي الكلاسيكي باستخدام 5- كلوروراسيل كمواد أولية من بحث قام به عالمان ، كوري وشبردسون. لقد صنعوا اليوراسيل عن طريق تفاعل 5- كلوروراسيل مع البيريدون أو كيتوستر. في وقت لاحق ، تم تحسين هذا المسار الاصطناعي وتحسينه من قبل العديد من الباحثين ، ومن أشهرهم بحث Khorana و Dorfman et al.
في الخمسينيات من القرن الماضي ، قام فريق Khorana بتصنيع اليوراسيل باستخدام 5- كلوروراسيل وأسيتيل أسيتون كمواد أولية من خلال تفاعل من أربع خطوات. من بينها ، تفاعل تكثيف 5- كلوروراسيل وأسيتيل أسيتون هو الخطوة الأساسية للحصول على السلائف 5- كلورو -2- فورميل -4- كاربوكسبيريميدين (CMCP) من اليوراسيل ، متبوعًا بالاختزال ، فصل الحلقة المحفز بالحمض والجفاف أخيرًا تم تصنيع اليوراسيل من خلال التحويل متعدد الخطوات في التفاعل.
دورفمان وآخرون. حسَّن التخليق الكيميائي لـ 5- كلوروراسيل ، باستخدام ميثيل ثلاثي فلورو ميثان سلفونات الصوديوم (MeOTf) كعامل مساعد ، وحصل على CMCP في تفاعل التكثيف ، ومن خلال مزيج من التكثيف ونزع الكربوكسيل والتفاعلات الأخرى تم إنتاج اليوراسيل أخيرًا. بعد ذلك ، تتضمن بعض التحسينات في هذا المسار تفاعل تكثيف بيريدين مع 2- أوكسوريا ، واستخدام 1 ، 3- ديوكسيباني كوسيط ، إلخ.
1.2 أخذ أمينوكيتون كطريق اصطناعي لمواد البدء:
بالإضافة إلى المسار التركيبي الذي يستخدم 5- كلوروراسيل كمادة بداية ، هناك أيضًا طريقة أكثر إيجازًا باستخدام أمينوكيتون كمادة البداية. في هذا المسار الاصطناعي ، يتم استخدام اليورياز (Urease) كعامل دافع لتحليل حمض البوليك بالماء إلى حمض ثنائي أسيتيك ، ثم الحصول على أمينوكيتون تحت الظروف القلوية. تعطي الأكسدة اللاحقة للأمينوكيتون لمجموعة الأسيلوكسي تحت تحفيز يوديد الهيدروجين يوراسيل. تتميز هذه الطريقة بالاقتصاد الذري العالي والملاءمة البيئية ، وهي طريقة تجميع تتماشى مع الكيمياء الخضراء.
2 - التوليف الميكروبي:
يشير التوليف الميكروبي إلى تخليق اليوراسيل من خلال المسارات الأيضية الميكروبية. في الطبيعة ، يعتبر اليوراسيل مستقلبًا تنتجه حقيقيات النوى والبكتيريا من خلال استقلاب حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA).
في التخليق الميكروبي ، يستخدم حمض اليوريك عادة كمواد أولية ، ويتم تصنيع اليوراسيل أخيرًا من خلال التمثيل الغذائي متعدد الخطوات. الأمثلة هي كما يلي:
في هذا الطريق ، يتحلل حمض اليوريك إلى يوريا وبيروفات من خلال تحفيز يوريديز ؛ بعد ذلك ، يتم تحويل البيروفات إلى اليوراسيل بمشاركة إنزيمات مختلفة مثل الكربوكسيلاز والكربوكسيل-ديكاربونيلاز ، ويتم الحصول على تفاعل اليوراسيل اللاحق من خلال مسار حمض البانتوثنيك أميد. ترتبط الآلية الأنزيمية لمعظم الكائنات الحية الدقيقة لتخليق اليوراسيل ارتباطًا وثيقًا بالمسار الأيضي لأميد حمض البانتوثنيك.
بالإضافة إلى ذلك ، كانت هناك تقارير عن بناء بكتيريا هندسية لتصنيع اليوراسيل من خلال الهندسة الوراثية ، مثل استخدام هيدروكسي بوتيرات -3- كربوكسيلات هيدروكسيلاز (HPCDH) الذي يشكل حمض الجليكوليك في الإشريكية القولونية (E.coli) والتفكك إلى 9 بمشاركة إنزيمات مثل ديكاربوكسيلاز حمض البيروفيك (PDH-E2) من الإنزيم المساعد ليبويل أ ، تم تحقيق التخليق الحيوي لليوراسيل في البكتيريا الهندسية لأول مرة باستخدام حمض السكسينيك والمركبات الأمينية كمواد خام.
3. التوليف المحفز بالإنزيم:
تستخدم طريقة التوليف المحفز بالإنزيم التفاعل المحفز بالإنزيم لتخليق اليوراسيل ، الذي يتميز بمزايا البيئة الملائمة وظروف التفاعل المعتدلة. تم العثور على العديد من الإنزيمات لتحفيز تخليق اليوراسيل ، بما في ذلك بشكل رئيسي: إنزيم اليوراسيل ، اليورياز واليورياز. فيما يلي مثالان:
3.1 التوليف المحفز بإنزيم اليوراسيل:
يمكن أن يحفز إنزيم اليوراسيل تفاعل اليوراسيل والمركبات الأخرى من خلال أزمرة -رزم للحصول على اليوراسيل. من بينها ، اليوراسيل مركب موجود على نطاق واسع في النظم البيولوجية وله إمكانية استخدامه على نطاق واسع. يحتوي كل من Saccharomyces cerevisiae و Escherichia coli على إنزيم Uracil ، الذي يحتوي على مساحة تطبيق واسعة. من خلال تغيير ركائز التفاعل ، على سبيل المثال باستخدام ركائز مختلفة مثل اللاكتات ثريونين واليوراسيل ، يمكن تنويع كل من الكفاءة وتوزيع المنتج.
3.2 التوليف المحفز بواسطة اليورياز:
تتضمن طريقة التوليف المحفز بالإنزيم لليوراسيل أيضًا التفاعل المحفز لليورياز. اليوريا هو إنزيم يمكن أن يحفز تحويل اليوريا إلى اليوريا والأمونيا ، حيث يمكن أن تتفاعل اليوريا بشكل أكبر لإنتاج اليوراسيل. من خلال اختيار ركائز اليوريا المختلفة ، مثل اليوريا وفينيل يوريا ، وتغيير الظروف التحفيزية للتفاعل ، يمكن تحقيق تخليق اليوراسيل على نطاق المختبر.
باختصار ، يمكن تصنيع اليوراسيل بعدة طرق ، بما في ذلك التخليق الكيميائي الكلاسيكي ، والتخليق الميكروبي ، والتوليف المحفز بالإنزيم. تتمتع هذه الأساليب التركيبية بآفاق تطبيق واسعة في مجالات مختلفة ، كما توفر خيارات متعددة لإنتاج اليوراسيل على نطاق واسع.
الخواص الكيميائية:
1. توتومير الكيتو-كحول: في محلول مائي ، يتحول اليوراسيل وشكله ، اليوراسيل الهيدروجين ، إلى بعضهما البعض من خلال تأثير اختلاف بروتون واحد.
2. الارتباط بالجليكوزيل بالنيتروجين: يمكن معالجة اليوراسيل بميثيل الجليكوزيلات لإنتاج 5- ميثيلوراسيل.
3. الألكلة: في ظل الظروف القلوية ، يمكن ألكلة اليوراسيل ، عادة باستخدام عامل الميثيل كربونات ميثيل الميثيل.
4. الكربوكسيميثيل: يمكن دمج مجموعة الكربوكسيل مع اليوراسيل من خلال الكربوكسيميثيل.
طبيعة رد الفعل:
1. تفاعل التحلل المائي القلوي: في ظل الظروف القلوية ، يمكن تحلل اليوراسيل المائي إلى حمض اليوراسيل ، وهو طريقة لتحلل الحمض النووي.
2. تفاعل الأكسدة: يمكن أكسدة اليوراسيل وتحويله إلى 5- هيدروكسيوراسيل ، وهو منتج شائع يتشكل أثناء تلف الحمض النووي.
3. تفاعل نزع الأمين: يمكن أن ينتج اليوراسيل ثلاثي هيدرووراسيل من خلال تفاعل نزع الأمين.
4. تفاعل الأمونيا: يمكن تحويل اليوراسيل إلى وسيط لتخليق حمض أسيتامينوبنزين سلفونيك (ATPS) عن طريق المعالجة بالأمونيا.
اليوراسيل هو جزيء عضوي مهم يشارك في تفاعلات مختلفة في استقلاب الخلية. يحتوي على مجموعة متنوعة من الخصائص التفاعلية ، بما في ذلك توتوم الكيتول ، والارتباط بالجليكوزيل ، والألكلة ، والكربوكسيميثيل ، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك ، يشارك اليوراسيل أيضًا في بعض التفاعلات المهمة ، مثل التحلل المائي القلوي ، والأكسدة ، ونزع الأمين ، والأمونيا ، وما إلى ذلك. ثروة من قيمة البحث والتطبيق. على سبيل المثال ، يمكن تصنيع العقاقير الكيميائية من خلال الكربوكسيميثيل ، والتحليل المائي القلوي لليوراسيل هو المسار الرئيسي لتدهور الحمض النووي. تزودنا هذه الدراسات بفهم متعمق لدور وأهمية Uracil. مساعدة مهمة.