Uracil

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 14. November 2021

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Uracil ist eine Nukleinbase, die in der RNA mit Adenin ein Basenpaar bildet und das Pendant zum ähnlich aufgebauten Thymin in der DNA bildet.

Uracil stellt eine aromatische, heterocyclische Verbindung mit einem Sechserring dar, der aus einem modifizierten Pyrimidingrundgerüst besteht. In der RNA liegt Uracil in Form von Uridin vor, also als Nukleosid, das über eine n-glykosidische Bindung mit einem Ribosemolekül verbunden ist und wie Thymin mit der Komplementärbase Adenin zwei Wasserstoffbrücken ausbildet.

Was ist Uracil?

Die Hauptfunktion des Uracil besteht darin, an den vorgesehenen Stellen in den Basensträngen der RNA seine jeweilige Position zu besetzten.
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Uracil ist eine von vier Nukleinbasen, aus denen die RNA-Stränge des Erbguts aufgebaut sind. Uracil ersetzt hierbei die ähnlich zusammengesetzte Nukleinbase Thymin der DNA.

Uracil ist eine heterocyclische, aromatische Verbindung mit einem modifizierten Pyrimidin-Sechserring als Grundstruktur. In der RNA liegt Uracil als Nukleosid, Uridin genannt, vor. Uridin bildet - wie auch das Thymidin in der DNA - zwei Wasserstoffbrücken mit der Komplementärbase Adenin aus. Die chemische Summenformel C4H4N2O2 zeigt, dass Uridin ausschließlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff besteht. Für die Biosynthese werden keinerlei seltene Mineralien oder Spurenelemente benötigt.

Wie auch bei den anderen Nukleinbasen, aus denen sich das Erbgut zusammensetzt, ist der Körper zwar in der Lage, Uracil zu synthetisieren, zieht es aber vor, Uracil aus Recycling-Prozessen zu gewinnen und aus dem Abbau bestimmter Proteine, die Uracil in Reinform oder in der nukleosidischen Form als Uridin enthalten oder sogar in der phosphorylierten Form des Uridins. Uridin kann mit einer bis drei Phosphatgruppen zum Uridinmono- (UMP), Uridindi- (UDP) oder Uridintriphosphat (UTP) phosphoryliert werden. Im Körper kommt Uridin hauptsächlich als Bestandteil der RNA vor oder in der phsphorylierten Form des Uridins.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Das ist eine von mehreren Voraussetzungen dafür, dass der entsprechende RNA-Basenstrang ordnungsgemäß kodiert ist und nach der komplementären Kopie durch sogenannte Messenger-RNA (mRNA) zur Synthese der genetisch vorgesehenen Proteine hinsichtlich Auswahl und Sequenz der Aminosäuren führt. Proteine bestehen aus einer Aneinanderreihung bestimmter proteinogener Aminosäuren, die über Peptidbindungen miteinander verknüpft werden. Strukturell handelt es sich um Polypeptide, die ab einer Anzahl von einhundert und mehr beteiligten Aminosäuren Proteine oder Eiweiß genannt werden.

Das bedeutet faktisch, dass die Hauptaufgabe des Uracil bzw. des Uridins – wie auch die der übrigen Nukleinbasen – in einer passiven Rolle besteht. Uracil ist dabei nicht aktiv an biochemischen Umsetzungsprozessen beteiligt. Eine mögliche Rolle des Uridins oder des mit einer bis drei Phosphatgruppen phosphorylierten Uridins als Bestandteil von Enzymen oder Hormonen ist nicht bekannt.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Prinzipiell ist der Körper in der Lage, Uracil selbst zu synthetisieren. Es sind keinerlei seltenen Grundsubstanzen vonnöten. Allerdings ist die Synthese komplex und mit hohem Energieaufwand verbunden, so dass der Körper bevorzugt, Uracil und Uridin auf dem Wege der Katalyse, über den Ab- und Umbau anderer Substanzen, die ein Pyrimidingrundgerüst enthalten, zu gewinnen.

Dieser spezielle Weg der Uracil-Beschaffung, den der Körper auch bei der bioaktiven Herstellung der anderen Nukleinsäuren bevorzugt, nennt sich Salvage Pathway. Der Begriff lässt sich frei mit Recycling und Wiedergewinnung übersetzen. Da das Grundgerüst des Uracil aus einem heterocyclischen Sechserring besteht, sind sechs verschiedene Tautomere möglich, di sich jeweils um die Anordnung der Moleküle oder Molekülgruppen auf dem Sechserring unterscheiden. In der Dioxo-Form mit zwei Sauerstoffatomen ohne OH-Gruppe bildet Uracil ein weißes Pulver, das erst bei einer Temperatur von 341 Grad Celsius schmilzt. Die Bedeutung der einzelnen Tautomere innerhalb des Stoffwechsels ist nicht bekannt.

In freier Form kommt die Nukleinbase im Körper nicht vor, sondern nur in eingebundener, phosphorylierter, Form oder als Bestandteil der RNA. Eine optimale Konzentration des Uracils oder Uridins oder ein Referenzwert für die Definition eines Normalbereichs existiert nicht. Da Uracil ausschließlich aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff besteht, kann der Körper die Verbindung vollständig zu Kohlenstoffdioxid, Ammoniumionen und Oxopropansäure abbauen und rückstandslos entsorgen, bzw. die frei gewordenen Molekülgruppen für den Aufbau anderer Stoffe verwenden.

Krankheiten & Störungen

Durch fehlerhafte Wiederholsequenzen bestimmter Nukleinsäuretriplets, durch Auslassen oder durch andere Fehler werden nicht vorgesehene Aminosäuren und/oder Aminosäuren in der falschen Sequenz über Peptidbindungen aneinandergereiht. Falls der Körper die Fehler nicht über seine eigenen Reparaturmöglichkeiten beheben kann, entstehen dann biochemisch inaktive Proteine oder instabile Verbindungen, die vom Körper direkt wieder abgebaut und verstoffwechselt werden. Derartige Fehler sind allerdings nicht auf aktives Eingreifen der Nukleinbasen zurückzuführen. Eine Bedeutung hat Uracil als Grundstoff für eine Arzneimittelkombination mit Tegafur, einem Zytostatikum zur Behandlung von Darmkrebs.

Uracil unterstützt die Wirkung des Zytostatikums, weil es dessen Abbau hemmt und dadurch die Einwirkzeit des Zytostatikums verlängert. In anderen Arzneimittelkombinationen werden Uracil-Derivate wie 5-Fluoro-Uracil und Desoxyuridin als Inhibitoren des Folsäurestoffwechsels bei einem fortgeschrittenen Darmkrebs eingesetzt. Zytostatika hemmen Wachstum und Vermehrung von Zellen, allerdings nicht nur die Vermehrung bestimmter Krebszellen, sondern auch der Zellen von gesundem Gewebe, so dass bei ihrem Einsatz unerwünschte Nebenwirkungen eine Herausforderung darstellen.

Quellen

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