Guanine

Autres cations

Guanine
Général
Nom systématique	2-amino-1H-purine-6(9H)-one
Autres noms	2-amino-6-oxo-purine, 2-aminohypoxanthine, Guanine
Formule moléculaire	C5H5N5O
SMILES	NC(NC1=O)=NC2=C1N=CN2
Masse molaire	151.1261 g/mol
Apparence	Solide amorphe blanc.
Numéro CAS
Propriétés
Densité et phase	? g/cm3, solide.
Solubilité dans l’eau	Insoluble.
Point de fusion	360°C (633,15 K) déco.	Point d’ébullition	Sublime.
Structure
Structure cristalline	?
Moment dipolaire	? D
Dangers
FDS	FDS externe
Dangers principaux	Irritant.
NFPA 704	1 1 0
Point d’éclair	Non-inflammable.
Mention R/S	R : R36, R37, R38. S : R24/25, R26, R36.	Numéro RTECS	MF8260000
Page de données complémentaires
Structure et propriétés	n, εr, etc.	Données thermodynamiques données	Comportement en phase Solide, liquide, gaz	Données spectrales	UV, IR, RMN, MS
Composés apparentés
Autres anions	?
?
Composés apparentés	Cytosine, Adénine, Thymine, Uracil
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25°C, 100 kPa)

La guanine, une structure moléculaire à deux anneaux, est l’un des cinq composants déterminants ou bases nucléiques présents dans les acides nucléiques ADN et ARN ; les autres étant l’adénine, la cytosine, la thymine et l’uracile. La guanine et l’adénine sont dérivées de la molécule mère à deux cycles, la purine, et la cytosine, la thymine et l’uracile sont dérivées de la molécule mère à un cycle, la pyrimidine.

La guanine (C5H5N5O), comprend un cycle pyrimidine à six carbones fusionné avec un cycle imidazole à cinq carbones pour former un système stabilisé par des doubles liaisons conjuguées (les positions des doubles liaisons se déplacent autour du cycle). Étant insaturée, la molécule bicyclique est plane. Le nucléoside guanine (guanine liée à un sucre à cinq carbones) est appelé guanosine et ne manque que d’un phosphate pour former un nucléotide.

Dans l’ADN, la guanine et l’adénine forment des liaisons hydrogène avec leurs dérivés pyrimidiques complémentaires, la cytosine et la thymine. Dans l’ARN, le complément de l’adénine est l’uracile au lieu de la thymine. Ainsi, la guanine, ainsi que l’adénine et la cytosine, sont présentes à la fois dans l’ADN et l’ARN, alors que la thymine n’est généralement observée que dans l’ADN et l’uracile que dans l’ARN.

L’omniprésence de la guanine, qui joue un rôle central dans l’ADN de tous les organismes vivants et même dans les virus à ARN est une preuve de la connexité et de l’unité de toute vie.

Propriétés de base

La guanine se lie à la cytosine par trois liaisons hydrogène. Dans la cytosine, le groupe amino agit comme donneur d’hydrogène et le carbonyle en C-2 et l’amine en N-3 comme accepteurs de liaisons hydrogène. La guanine possède un groupe en C-6 qui agit comme accepteur d’hydrogène, tandis que le groupe en N-1 et le groupe amino en C-2 agissent comme donneurs d’hydrogène.

La guanine possède deux formes tautomères : la forme céto (caractérisée par un groupe OH attaché) et la forme énol (caractérisée par un groupe CH2 attaché).

La guanine peut être hydrolysée avec un acide fort à 180°C en glycine, ammoniac, dioxyde de carbone et monoxyde de carbone. La guanine s’oxyde plus facilement que l’adénine, l’autre base dérivée de la purine dans l’ADN et l’ARN. Son point de fusion élevé de 350°C reflète la forte liaison hydrogène intermoléculaire entre les groupes oxo et amino des molécules du cristal. En raison de cette liaison intermoléculaire, la guanine est relativement insoluble dans l’eau, bien qu’elle soit soluble dans les acides et les bases dilués.

Histoire

Le premier isolement de la guanine a été signalé en 1844 à partir d’excréments d’oiseaux marins, connus sous le nom de guano et utilisés comme source d’engrais. Environ cinquante ans plus tard, Fischer a déterminé la structure de la guanine et a montré que l’acide urique pouvait être converti en guanine. La première synthèse complète de la guanine a été réalisée par Traube et reste parmi les meilleures préparations à grande échelle.

Synthèse

Des traces de guanine se forment par la polymérisation du cyanure d’ammonium (NH4CN). Deux expériences menées par Levy et al, ont montré que le chauffage de dix mole de NH4CN à 80°C pendant 24 heures donnait un rendement de 0,0007 pour cent alors que l’utilisation de 0,1 mole de NH4CN congelé à -20°C pendant 25 ans donnait un rendement de 0,0035 pour cent (Levy et al, 1999). Ces résultats indiquent que la guanine pourrait apparaître dans les régions gelées de la terre primitive. En 1984, Yuasa a rapporté un rendement de 0,00017 % de guanine après la décharge électrique de NH3, CH4, C2H6 et 50 ml d’eau, suivie d’une hydrolyse acide (Miyakawa et al. 2000). Cependant, on ignore si la présence de guanine n’était pas simplement un contaminant de la réaction.

5NH3 + CH4 + 2C2H6 + H2O → C5H8N5O (guanine) + (25/2)H2

Une synthèse de Fischer-Tropsch peut également être utilisée pour former de la guanine, ainsi que de l’adénine, de l’uracile et de la thymine. En chauffant un mélange gazeux équimolaire de CO, H2 et NH3 à 700 °C pendant 0,24 à 0.4 heures, suivi d’un refroidissement rapide, puis d’un réchauffage soutenu à 100-200 °C pendant 16 à 44 heures avec un catalyseur d’alumine a donné la guanine et l’uracile :

5CO + (1/2)H2 + 5NH3 → C5H8N5O (guanine) + 4H2O

La synthèse de Traube consiste à chauffer la 2,4,5-triamino-1,6-dihydro-6-oxypyrimidine (sous forme de sulfate) avec de l’acide formique pendant plusieurs heures.

Utilisations commerciales

En 1656 à Paris, François Jaquin (un fabricant de chapelets) a extrait des écailles de certains poissons ce qu’on appelle « l’essence de perle » – de la guanine cristalline formant des G-quadruplexes. Les cristaux de guanine sont des plaquettes rhombiques composées de plusieurs couches transparentes, mais ils ont un indice de réfraction élevé qui reflète et transmet partiellement la lumière d’une couche à l’autre, produisant ainsi un éclat nacré. Dans l’industrie cosmétique, la guanine cristalline est utilisée comme additif dans divers produits (par exemple, les shampooings), où elle fournit l’effet nacré irisé. Elle est également utilisée dans les peintures métalliques et les perles simulées et les plastiques. La guanine cristalline confère un lustre chatoyant aux fards à paupières et aux vernis à ongles. Elle peut être appliquée par pulvérisation, peinture ou trempage, mais elle peut irriter les yeux. Les alternatives incluent le mica, la perle synthétique et les particules d’aluminium et de bronze.

• Horton, H. R., L. A. Moran, R. S. Ochs, J. D. Rawn, et K. G. Scrimgeour. Principes de biochimie. New Jersey : Prentice Hall, 2000.
• Levy, M., S. L. Miller, et John Oró. « Production de guanine à partir de polymérisations NH4CN ». Journal of Molecular Evolution. 49(2):165-168, 1999.
• Lister, J. H. « Part II, Purines. » Dans D. J. Brown, ed., The Chemistry of Heterocyclic Compounds. New York : Wiley-Interscience, 1971.
• Miyakawa, S., K. Murasawa, K. Kobayashi, et A. B. Sawaoka. « Synthèse abiotique de la guanine avec un plasma à haute température ». Orig Life Evol Biosph. 30(6) : 557-66, 2000.

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