stringtranslate.com

Пуриновый

Пурин — гетероциклическое ароматическое органическое соединение , состоящее из двух колец ( пиримидинового и имидазольного ), слитых вместе. Он водорастворим . Пурины также дают название более широкому классу молекул — пуринам , который включает замещенные пурины и их таутомеры . Это наиболее широко встречающиеся в природе азотсодержащие гетероциклы. [1]

Диетические источники

Пурины в высокой концентрации содержатся в мясе и мясных продуктах, особенно во внутренних органах, таких как печень и почки . В целом, растительная диета содержит мало пуринов. [2] К растениям и водорослям с высоким содержанием пуринов относятся некоторые бобовые ( чечевица , соевые бобы и черноглазый горох ) и спирулина . Примеры источников с высоким содержанием пуринов включают: сладкое мясо , анчоусы , сардины , печень, говяжьи почки, мозги , мясные экстракты (например, Oxo , Bovril ), сельдь , скумбрия , морские гребешки , мясо дичи , дрожжи ( пиво , дрожжевой экстракт , пищевые дрожжи ) . и подливка . [3]

Умеренное количество пурина содержится также в красном мясе, говядине , свинине , птице , рыбе и морепродуктах , спарже , цветной капусте , шпинате , грибах , зеленом горошке , чечевице , сушеном горохе, фасоли , овсянке , пшеничных отрубях , зародышах пшеницы и боярышнике . . [4]

Биохимия

Пурины и пиримидины составляют две группы азотистых оснований , в том числе две группы нуклеотидных оснований . Пуриновыми основаниями являются гуанин (G) и аденин (А), которые образуют соответствующие нуклеозиды- дезоксирибонуклеозиды ( дезоксигуанозин и дезоксиаденозин ) с дезоксирибозным фрагментом и рибонуклеозиды ( гуанозин , аденозин ) с рибозным фрагментом. Эти нуклеозиды с фосфорной кислотой образуют соответствующие нуклеотиды (дезоксигуанилат, дезоксиаденилат и гуанилат, аденилат), которые являются строительными блоками ДНК и РНК соответственно. Пуриновые основания также играют важную роль во многих метаболических и сигнальных процессах в составе соединений гуанозинмонофосфата (ГМФ) и аденозинмонофосфата (АМФ).

Для осуществления этих важнейших клеточных процессов клетке необходимы как пурины, так и пиримидины , и в одинаковых количествах. И пурин, и пиримидин обладают самоингибирующими и активирующими свойствами . Когда пурины образуются, они ингибируют ферменты , необходимые для образования большего количества пуринов. Это самоингибирование происходит, поскольку они также активируют ферменты, необходимые для образования пиримидина. Пиримидин одновременно самоингибирует и активирует пурин аналогичным образом. Благодаря этому в клетке всегда присутствует почти одинаковое количество обоих веществ. [5]

Характеристики

Пурин является одновременно очень слабой кислотой ( pK a 8,93) и еще более слабым основанием ( pK a 2,39). [6] При растворении в чистой воде pH находится посередине между этими двумя значениями pKa.

Пурин является ароматическим веществом , имеющим четыре таутомера , каждый из которых имеет водородную связь с одним из четырех атомов азота. Они обозначены как 1-H, 3-H, 7-H и 9-H (см. изображение пронумерованного кольца). Обычная кристаллическая форма предпочитает таутомер 7-H, тогда как в полярных растворителях преобладают таутомеры 9-H и 7-H. [7] Заместители в кольцах и взаимодействия с другими молекулами могут сместить равновесие этих таутомеров. [8]

Известные пурины

В природе много пуринов. К ним относятся нуклеиновые основания аденин ( 2 ) и гуанин ( 3 ). В ДНК эти основания образуют водородные связи с комплементарными им пиримидинами , тимином и цитозином соответственно. Это называется комплементарным спариванием оснований. В РНК аденину вместо тимина является урацил .

Другими известными пуринами являются гипоксантин , ксантин , теофиллин , теобромин , кофеин , мочевая кислота и изогуанин .[ противоречивый ]

Функции

Основные нуклеиновые основания пуринового происхождения .

Помимо решающей роли пуринов (аденина и гуанина) в ДНК и РНК, пурины также являются важными компонентами ряда других важных биомолекул, таких как АТФ , ГТФ , циклический АМФ , НАДН и кофермент А. Сам пурин ( 1 ) в природе не обнаружен, но его можно получить путем органического синтеза .

Они также могут действовать непосредственно как нейротрансмиттеры , воздействуя на пуринергические рецепторы . Аденозин активирует аденозиновые рецепторы .

История

Слово пурин ( чистая моча ) [9] было придумано немецким химиком Эмилем Фишером в 1884 году. [10] [11] Впервые он синтезировал его в 1898 году. [11] Исходным материалом для последовательности реакций была мочевая кислота. ( 8 ), который был выделен из камней в почках Карлом Вильгельмом Шееле в 1776 году. [12] Мочевая кислота (8) подвергалась реакции с PCl 5 с образованием 2,6,8-трихлорпурина ( 10 ), который превращался с помощью HI и PH 4 I для получения 2,6-дийодпурина ( 11 ). Продукт восстанавливали до пурина ( 1 ) с помощью цинковой пыли.

Метаболизм

Многие организмы имеют метаболические пути синтеза и расщепления пуринов.

Пурины биологически синтезируются в виде нуклеозидов (оснований, присоединенных к рибозе ).

Накопление модифицированных пуриновых нуклеотидов нарушает различные клеточные процессы, особенно те, которые затрагивают ДНК и РНК . Чтобы быть жизнеспособными, организмы обладают рядом дезоксипуринфосфогидролаз, которые гидролизуют эти производные пурина, удаляя их из активных пулов NTP и dNTP . Дезаминирование пуриновых оснований может приводить к накоплению таких нуклеотидов, как ITP , dITP, XTP и dXTP. [13]

Дефекты ферментов, которые контролируют выработку и расщепление пуринов, могут серьезно изменить последовательности ДНК клеток, что может объяснить, почему люди, несущие определенные генетические варианты пуриновых метаболических ферментов, имеют более высокий риск развития некоторых типов рака .

Биосинтез пуринов в трех сферах жизни

Организмы во всех трех сферах жизни — эукариоты , бактерии и археи — способны осуществлять биосинтез пуринов de novo . Эта способность отражает необходимость пуринов для жизни. Биохимический путь синтеза очень похож у эукариот и бактерий, но более изменчив у архей. [14] Было установлено, что почти полный или полный набор генов, необходимых для биосинтеза пуринов, присутствует у 58 из 65 изученных видов архей. [14] Однако также были идентифицированы семь видов архей, у которых полностью или почти полностью отсутствовали гены, кодирующие пурин. По-видимому, виды архей, неспособные синтезировать пурины, способны приобретать экзогенные пурины для роста [14] и, таким образом, аналогичны пуриновым мутантам эукариот, например, пуриновым мутантам гриба Ascomycete Neurospora crassa [15] , которым также необходимы экзогенные пурины для роста. рост.

Связь с подагрой

Более высокий уровень потребления мяса и морепродуктов связан с повышенным риском развития подагры , тогда как более высокий уровень потребления молочных продуктов связан со снижением риска. Умеренное потребление богатых пуринами овощей или белков не связано с повышенным риском развития подагры. [16] Аналогичные результаты были получены в отношении риска гиперурикемии .

Лабораторный синтез

Помимо синтеза пуринов in vivo при пуриновом обмене , пурин также можно синтезировать искусственно.

Пурин ( 1 ) получается с хорошим выходом при нагревании формамида в открытом сосуде при 170°C в течение 28 часов. [17]

Эта замечательная реакция и другие подобные ей обсуждались в контексте происхождения жизни . [18]

Запатентованный 20 августа 1968 года признанный в настоящее время метод производства аденина в промышленных масштабах представляет собой модифицированную форму формамидного метода. В этом методе формамид нагревается при температуре 120 градусов Цельсия в закрытой колбе в течение 5 часов с образованием аденина. Количество реакции значительно увеличивается при использовании оксихлорида фосфора (фосфорилхлорида) или пентахлорида фосфора в качестве кислотного катализатора и солнечного или ультрафиолетового излучения. По прошествии 5 часов и остывании раствора формамид-оксихлорид фосфора-аденин в колбу, содержащую формамид и образовавшийся теперь аденин, наливают воду. Затем водно-формамид-адениновый раствор пропускают через фильтрующую колонку с активированным углем. Молекулы воды и формамида, будучи небольшими молекулами, пройдут через уголь и попадут в колбу для отходов; однако большие молекулы аденина прикрепляются к древесному углю или «адсорбируются» из-за сил Ван-дер-Ваальса, которые взаимодействуют между аденином и углеродом в древесном угле. Поскольку древесный уголь имеет большую площадь поверхности, он способен захватывать большинство молекул, которые проходят через него определенного размера (больше, чем вода и формамид). Чтобы извлечь аденин из аденина, адсорбированного углем, газообразный аммиак, растворенный в воде (водный аммиак), выливают на структуру активированный уголь-аденин, чтобы высвободить аденин в водный раствор аммиака. Затем раствор, содержащий воду, аммиак и аденин, оставляют сушиться на воздухе, при этом аденин теряет растворимость из-за потери газообразного аммиака, который ранее делал раствор основным и способным растворять аденин, что приводит к его кристаллизации в чистый белый порошок. что можно хранить. [19]

Оро и Камат (1961) и сотрудники Оргель (1966, 1967) показали, что четыре молекулы HCN тетрамеризуются с образованием диаминомалеодинитрила ( 12 ), который может превращаться почти во все встречающиеся в природе пурины. [20] [21] [22] [23] [24] Например, пять молекул HCN конденсируются в экзотермической реакции с образованием аденина , особенно в присутствии аммиака.

Синтез пуринов Траубе (1900) — классическая реакция (названная в честь Вильгельма Траубе ) между аминозамещенным пиримидином и муравьиной кислотой . [25]Синтез пуринов Траубе

Пребиотический синтез пуриновых рибонуклеозидов

Чтобы понять, как возникла жизнь , необходимы знания о химических путях, которые позволяют формировать ключевые строительные блоки жизни в вероятных пребиотических условиях . Нам и др. (2018) [26] продемонстрировали прямую конденсацию пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований с рибозой с образованием рибонуклеозидов в водных микрокапельках, что является ключевым этапом, ведущим к образованию РНК. Кроме того, Becker et al. представили возможный пребиотический процесс синтеза пуриновых рибонуклеозидов. (2016). [27]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Розмейер Х (март 2004 г.). «Хеморазнообразие пуринов как компонента натуральных продуктов». Химия и биоразнообразие . 1 (3): 361–401. дои : 10.1002/cbdv.200490033. PMID  17191854. S2CID  12416667.
  2. ^ «Подагра: список продуктов с высоким и низким содержанием пуринов». Dietaryfiberfood.com . 08.04.2016. Архивировано из оригинала 12 ноября 2011 г. Проверено 16 июля 2016 г.
  3. ^ Канеко К., Аояги Ю., Фукуути Т., Инадзава К., Ямаока Н. (2014). «Общее содержание пуринов и пуриновых оснований в обычных продуктах питания для облегчения диетотерапии при подагре и гиперурикемии». Биологический и фармацевтический вестник . 37 (5): 709–721. дои : 10.1248/bpb.b13-00967 . ПМИД  24553148.
  4. ^ «Диета подагры: каких продуктов следует избегать» . Healthcastle.com . Архивировано из оригинала 14 августа 2017 г. Проверено 16 июля 2016 г.
  5. ^ Гайтон AC (2006). Учебник медицинской физиологии . Филадельфия, Пенсильвания: Эльзевир. п. 37. ИСБН 978-0-7216-0240-0.
  6. ^ Seela F и др. (2014). Шауманн Э (ред.). Методы органической химии Губена-Вейля. Том. E 9b/2 (4-е дополнение: Гетарены III (шестичленные кольца и большие гетерокольца с максимальной ненасыщенностью) - Изд. Часть 2б). Тиме. п. 310. ИСБН 9783131815040. Архивировано из оригинала 17 февраля 2022 г. Проверено 15 мая 2020 г.
  7. ^ Рачиньска ЭД, Гал Ю.Ф., Мария ПК, Каминьска Б, Игельска М, Курпевски Дж, Юрас В (апрель 2020 г.). «Пуриновые таутомерные предпочтения и изменение длины связи в связи с протонированием-депротонированием и катионизацией щелочных металлов». Журнал молекулярного моделирования . 26 (5): 93. дои : 10.1007/s00894-020-4343-6. ПМЦ 7256107 . ПМИД  32248379. 
  8. ^ Стасюк О.А., Шатылович Х., Крыговский Т.М. (апрель 2012 г.). «Влияние Н-связи на ароматичность пуриновых таутомеров». Журнал органической химии . 77 (8): 4035–4045. дои : 10.1021/jo300406r. ПМИД  22448684.
  9. ^ Макгиган Х (1921). Введение в химическую фармакологию. Сыновья П. Блэкистона и компания с. 283. Архивировано из оригинала 16 апреля 2020 года . Проверено 18 июля 2012 г.
  10. ^ Фишер Э (1884). «Ueber die Harnsäure. I». [О мочевой кислоте. Я.] (PDF) . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 17 : 328–338. дои : 10.1002/cber.18840170196 . Проверено 20 апреля 2016 г. Значок открытого доступа
    Из стр. 329. Архивировано 17 февраля 2022 г. в Wayback Machine : «Um eine rationelle Nomenklatur der so entstehenden zahlreichen Substanzen zu ermöglichen, betrachte ich Dieselben als Abkömmlinge der noch unbekannten Wasserstoffverbindung CH 3 .C 5 N 4 H 3 и nenne die letztere Mmethylpur». в." (Чтобы сделать возможной рациональную номенклатуру многочисленных существующих веществ, я рассматривал их как производные еще неизвестного водородного соединения CH 3 .C 5 N 4 H 3 и назвал последнее «метилпурином».)
  11. ^ аб Фишер Э (1898). «Ueber das Purin und seine Mmethylderivate» [О пурине и его метильных производных] (PDF) . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 31 (3): 2550–2574. дои : 10.1002/cber.18980310304 . Проверено 20 апреля 2016 г. Значок открытого доступа
    Из стр. 2550. Архивировано 18 октября 2020 г. в Wayback Machine : «…hielt ich es für zweckmäßig, alle diese Produkte ebenso wie die Harnsäure als Derivate der sauerstofffreien Verbindung C 5 H 4 N 4 zu betrachten, und wählte für diese den Namen Purin, welcher». aus den Wörtern purum und uricum kombiniert war». (…Все эти продукты я посчитал целесообразным рассматривать, так же, как и мочевую кислоту, как производные бескислородного соединения C 5 H 4 N 4 , и выбрал для них название «пурин», образовавшееся от [ латинские] слова purum и uricum .)
  12. ^ Шееле CW (1776). «Examen chemicum Calculi urinari» [Химическое исследование камней в почках]. Опускула . 2:73 .
  13. ^ Дэвис О., Мендес П., Смоллбоун К., Малис Н. (апрель 2012 г.). «Характеристика множественных субстрат-специфичных (d)ITP/(d)XTPазы и моделирование метаболизма дезаминированных пуриновых нуклеотидов». Отчеты БМБ . 45 (4): 259–264. дои : 10.5483/BMBRep.2012.45.4.259 . ПМИД  22531138.
  14. ^ abc Браун, Энн М.; Хупс, Саманта Л.; Уайт, Роберт Х.; Сариский, Екатерина А. (2011). «Биосинтез пуринов у архей: вариации на тему». Биология Директ . 6:63 . дои : 10.1186/1745-6150-6-63 . ПМК 3261824 . ПМИД  22168471. 
  15. ^ Бернштейн, Х. (1961). «Соединения имидазола, накопленные пуриновыми мутантами Neurospora crassa». Журнал общей микробиологии . 25 : 41–46. дои : 10.1099/00221287-25-1-41 .
  16. ^ Чой Х.К., Аткинсон К., Карлсон Э.В., Уиллетт В., Курхан Г. (март 2004 г.). «Продукты, богатые пуринами, потребление молочных продуктов и белков, а также риск подагры у мужчин». Медицинский журнал Новой Англии . 350 (11): 1093–1103. doi : 10.1056/NEJMoa035700 . ПМИД  15014182.
  17. ^ Ямада Х, Окамото Т (1972). «Одноэтапный синтез пуринового кольца из формамида». Химический и фармацевтический вестник . 20 (3): 623. дои : 10.1248/cpb.20.623 . Архивировано из оригинала 16 мая 2016 г.
  18. ^ Саладино Р., Крестини С., Чичириелло Ф., Костанцо Дж., Ди Мауро Э. (декабрь 2006 г.). «О формамидном происхождении информационных полимеров: синтез нуклеиновых оснований и благоприятные термодинамические ниши для ранних полимеров». Происхождение жизни и эволюция биосферы . 36 (5–6): 523–531. Бибкод : 2006OLEB...36..523S. дои : 10.1007/s11084-006-9053-2. PMID  17136429. S2CID  36278915.
  19. ^ [1], «Процесс получения аденина», выпущено 10 ноября 1966 г.  Архивировано 26 мая 2021 г. в Wayback Machine.
  20. ^ Санчес Р.А., Феррис Дж.П., Оргель Л.Е. (декабрь 1967 г.). «Исследования по синтезу пребиотиков. II. Синтез предшественников пуринов и аминокислот из водного раствора цианистого водорода». Журнал молекулярной биологии . 30 (2): 223–253. дои : 10.1016/S0022-2836(67)80037-8. ПМИД  4297187.
  21. ^ Феррис Дж.П., Оргель Л.Е. (март 1966 г.). «Необычная фотохимическая перегруппировка при синтезе аденина из цианида водорода». Журнал Американского химического общества . 88 (5): 1074. doi :10.1021/ja00957a050.
  22. ^ Феррис Дж. П., Кудер Дж. Э., Каталано А. В. (ноябрь 1969 г.). «Фотохимические реакции и химическая эволюция пуринов и производных никотинамида». Наука . 166 (3906): 765–766. Бибкод : 1969Sci...166..765F. дои : 10.1126/science.166.3906.765. PMID  4241847. S2CID  695243.
  23. ^ Оро Дж, Камат СС (апрель 1961 г.). «Синтез аминокислот из цианистого водорода в возможных условиях примитивной земли». Природа . 190 (4774): 442–443. Бибкод : 1961Natur.190..442O. дои : 10.1038/190442a0. PMID  13731262. S2CID  4219284.
  24. ^ Бауэр В. (1985). Методы органической химии Губена-Вейля Том. E 5, дополнение к 4-му изданию . Тиме Георг Верлаг. п. 1547. ИСБН 9783131811547.
  25. ^ Хасснер А, Штумер С (2002). Органические синтезы на основе названных реакций (2-е изд.). Эльзевир. ISBN 0-08-043259-Х.
  26. ^ Нам I, Нам Х.Г., Заре Р.Н. (2018, 2 января). Абиотический синтез пуриновых и пиримидинрибонуклеозидов в водных микрокапельках. Proc Natl Acad Sci США. 115 (1): 36–40. дои: 10.1073/pnas.1718559115. Epub, 18 декабря 2017 г. PMID 29255025; PMCID: PMC5776833
  27. ^ Беккер С., Тома И., Дойч А., Герке Т., Майер П., Зипсе Х., Карелл Т. (2016, 13 мая). Высокопроизводительный, строго региоселективный путь образования пребиотических пуриновых нуклеозидов. Наука. 352(6287):833–6. doi: 10.1126/science.aad2808. ПМИД 27174989.

Внешние ссылки