Guanina

Guanina
Ogólne
Nazwa systematyczna	2-amino-1H-puryna-6(9H)-on
Inne nazwy	2-amino-6-okso-puryna, 2-aminohypoxanthine, Guanine
Wzór cząsteczkowy	C5H5N5O
SMILES	NC(NC1=O)=NC2=C1N=CN2
Masa molowa	151.1261 g/mol
Wygląd	Białe amorficzne ciało stałe.
Numer CAS
Właściwości
Gęstość i faza	? g/cm3, ciało stałe.
Rozpuszczalność w wodzie	Nierozpuszczalny.
Temperatura topnienia	360°C (633.15 K) deco.
Punktura wrzenia	Poddaje się sublimacji.
Struktura
Struktura kryształu	?
Moment dipolowy	? D
Zagrożenia
SDS	Zewnętrzna MSDS
Główne zagrożenia	Zanieczyszczenia.
NFPA 704	1 1 0
Punkt zapłonu	Nie-palny.łatwopalny.
Określenie R/S	R: R36, R37, R38. S: R24/25, R26, R36.
Numer RTECS	MF8260000
Strona z danymi uzupełniającymi
Struktura i właściwości	n, εr, itd.
Dane termodynamiczne	Zachowanie fazowe Ciało stałe, ciecz, gaz
Dane spektralne	UV, IR, NMR, MS
Związki pokrewne
Inne aniony	?
Inne kationy	?
Związki pokrewne	Cytozyna, Adenina, Tymina, Uracyl
Z wyjątkiem przypadków, gdy zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie standardowym (w temp. 25°C, 100 kPa)

Guanina, dwupierścieniowa struktura molekularna, jest jednym z pięciu składników definiujących lub nukleobaz występujących w kwasach nukleinowych DNA i RNA; pozostałe to adenina, cytozyna, tymina i uracyl. Guanina i adenina pochodzą z dwupierścieniowej cząsteczki macierzystej puryny, a cytozyna, tymina i uracyl pochodzą z jednopierścieniowej cząsteczki macierzystej pirymidyny.

Guanina (C5H5N5O), składa się z sześciowęglowego pierścienia pirymidynowego połączonego z pięciowęglowym pierścieniem imidazolowym, tworząc układ stabilizowany przez sprzężone wiązania podwójne (pozycje wiązań podwójnych przesuwają się wokół pierścienia). Jako nienasycona, cząsteczka bicykliczna jest planarna. Nukleozyd guaniny (guanina połączona z pięciowęglowym cukrem) nosi nazwę guanozyny i do utworzenia nukleotydu brakuje mu jedynie fosforanu.

W DNA guanina i adenina tworzą wiązania wodorowe z komplementarnymi pochodnymi pirymidyny, cytozyną i tyminą. W RNA dopełnieniem adeniny jest uracyl, a nie tymina. Tak więc guanina, wraz z adeniną i cytozyną, jest obecna zarówno w DNA, jak i w RNA, podczas gdy tymina jest zwykle spotykana tylko w DNA, a uracyl tylko w RNA.

Wszechobecność guaniny, która odgrywa główną rolę w DNA wszystkich żywych organizmów, a nawet w wirusach RNA, jest dowodem na powiązanie i jedność całego życia.

Właściwości podstawowe

Guanina wiąże się z cytozyną poprzez trzy wiązania wodorowe. W cytozynie, grupa aminowa działa jako donor wodoru, a C-2 karbonyl i N-3 amina jako akceptory wiązań wodorowych. Guanina ma grupę przy C-6, która działa jako akceptor wodoru, podczas gdy grupa przy N-1 i grupa aminowa przy C-2 działają jako donory wodoru.

Guanina ma dwie formy tautomeryczne: formę keto (charakteryzującą się przyłączoną grupą OH) i formę enolową (charakteryzującą się przyłączoną grupą CH2).

Guanina może być hydrolizowana silnym kwasem w temperaturze 180°C do glicyny, amoniaku, dwutlenku węgla i tlenku węgla. Guanina utlenia się łatwiej niż adenina, inna baza pochodna puryny w DNA i RNA. Jej wysoka temperatura topnienia 350°C odzwierciedla silne międzycząsteczkowe wiązanie wodorowe pomiędzy grupami okso i aminowymi w cząsteczkach w krysztale. Ze względu na to wiązanie międzycząsteczkowe guanina jest stosunkowo nierozpuszczalna w wodzie, chociaż jest rozpuszczalna w rozcieńczonych kwasach i zasadach.

Historia

Pierwszą izolację guaniny odnotowano w 1844 roku z odchodów ptaków morskich, które znane są jako guano i były wykorzystywane jako źródło nawozu. Około pięćdziesiąt lat później, Fischer określił strukturę guaniny i wykazał, że kwas moczowy może być przekształcony w guaninę. Pierwsza kompletna synteza guaniny została przeprowadzona przez Traube i pozostaje wśród najlepszych preparatów na dużą skalę.

Synteza

Śladowe ilości guaniny powstają w wyniku polimeryzacji cyjanku amonu (NH4CN). Dwa eksperymenty przeprowadzone przez Levy’ego et al. wykazały, że ogrzewanie 10 moli NH4CN w temperaturze 80°C przez 24 godziny dało wydajność 0,0007 procent, podczas gdy użycie 0,1 mola NH4CN zamrożonego w temperaturze -20°C przez 25 lat dało wydajność 0,0035 procent (Levy et al. 1999). Wyniki te wskazują, że guanina mogła powstać w zamrożonych regionach pierwotnej Ziemi. W 1984 roku Yuasa doniósł o wydajności guaniny na poziomie 0,00017% po wyładowaniu elektrycznym NH3, CH4, C2H6 i 50 mL wody, a następnie hydrolizie kwasowej (Miyakawa et al. 2000). Nie wiadomo jednak, czy obecność guaniny nie była po prostu zanieczyszczeniem reakcji.

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

Synteza Fischera-Tropscha może być również użyta do utworzenia guaniny, wraz z adeniną, uracylem i tyminą. Ogrzewanie równomolowej mieszaniny gazów CO, H2, i NH3 do 700 °C przez 0.24 do 0.4 godziny, po czym następowało szybkie ochłodzenie, a następnie trwałe ponowne ogrzewanie do 100-200°C przez 16-44 godziny z katalizatorem glinowym, co dawało guaninę i uracyl:

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

Synteza Traubego polega na ogrzewaniu 2,4,5-triamino-1,6-dihydro-6-oksypirymidyny (jako siarczanu) z kwasem mrówkowym przez kilka godzin.

Użycia komercyjne

W 1656 roku w Paryżu François Jaquin (wytwórca różańców) wyodrębnił z łusek niektórych ryb tak zwaną „esencję perłową” – krystaliczną guaninę tworzącą czworościany G. Kryształy guaniny są rombowymi płytkami składającymi się z wielu przezroczystych warstw, ale mają wysoki indeks załamania, który częściowo odbija i przepuszcza światło z warstwy do warstwy, co daje perłowy połysk. W przemyśle kosmetycznym, guanina krystaliczna jest stosowana jako dodatek do różnych produktów (np. szamponów), gdzie zapewnia perłowy efekt opalizujący. Jest również stosowana w farbach metalicznych i symulowanych perłach i tworzywach sztucznych. Krystaliczna guanina nadaje mieniący się połysk cieniom do powiek i lakierom do paznokci. Może być stosowany w sprayu, do malowania lub zanurzania, ale może podrażniać oczy. Alternatywy obejmują mikę, perłę syntetyczną oraz cząsteczki aluminium i brązu.

• Horton, H. R., L. A. Moran, R. S. Ochs, J. D. Rawn, and K. G. Scrimgeour. Principles of Biochemistry. New Jersey: Prentice Hall, 2000.
• Levy, M., S. L. Miller, and John Oró. „Production of guanine from NH4CN polymerizations.” Journal of Molecular Evolution. 49(2):165-168, 1999.
• Lister, J. H. „Part II, Purines.” In D. J. Brown, ed., The Chemistry of Heterocyclic Compounds. New York: Wiley-Interscience, 1971.
• Miyakawa, S., K. Murasawa, K. Kobayashi, and A. B. Sawaoka. „Abiotyczna synteza guaniny z plazmą wysokotemperaturową”. Orig Life Evol Biosph. 30(6): 557-66, 2000.