Puriny

V chemii se puriny tvoří skupinu z organických sloučenin , které patří k heterocyklů (přesněji: heteroaromatické sloučeniny ). Jsou odvozeny od mateřské sloučeniny purinu .

Kromě pyrimidinů jsou puriny důležitými stavebními kameny nukleových kyselin . Nejsou nezbytné , ale jsou formovány samotným lidským tělem. Potraviny živočišného původu obsahují mnoho purinů kvůli jejich vysokým koncentracím v kůži a drobech. Po konzumaci se puriny u lidí štěpí na kyselinu močovou a vylučují se ledvinami ; U různých jiných druhů zvířat dochází k další degradaci (například na alantoin u skotu ). Proto je název odvozen z latiny purus = čistý a acidum uricum = kyselina močová, protože se jedná o „čistou“ základní strukturu kyseliny močové, kterou poprvé syntetizoval v roce 1898 Emil Fischer .

Přehled

Pokud jsou atomy vodíku v pozicích 2, 6 a 8 nahrazeny jinými radikály, vzniknou různé substituované puriny:

Purinové deriváty
Příjmení	R ⁶	R ²	R ⁸
Purin	-H	-H	-H
Adenin	-NH ₂	-H	-H
Guanine	-ACH	-NH ₂	-H
kyselina močová	-ACH	-ACH	-ACH
Hypoxanthin	-ACH	-H	-H
6-purinthiol	–SH	-H	-H
6-thioguanin	–SH	-NH ₂	-H
Xanthin	-ACH	-ACH	-H
Isoguanin	-NH ₂	-ACH	-H

Všechny puriny, které se vyskytují jako normální stavební kameny v DNA a RNA , tj. Adenin ( 2 ) a guanin ( 3 ), se označují jako purinové báze . Po úpravě se může stát, že hypoxanthin a xanthin jsou také dočasně součástí RNA nebo DNA, ale jsou znovu nahrazeny opravnými enzymy. 7-methylguanin je součástí struktury víčka .

Dalšími důležitými puriny jsou hypoxantin , xanthin , teofylin , teobromin , kofein , kyselina močová a isoguanin .

Tautomerismus

Tautomerismus purinů

Vzhledem k molekulárním segmentům se základním vzorem N = C - X - H (s X = O, S nebo NH) existuje možnost tautomerismu (viz laktam-laktim , thiolaktam-thiolaktim a iminenaminový tautomerismus ):

Biologický význam

trans- zeatin

Pokud jsou adenin a guanin spojeny v poloze 9 s atomem C-1 ribózy (v DNA s deoxyribózou ), vzniknou nukleosidy adenosin a guanosin . Esterifikace ribosy s fosfátem vytváří nukleotidy , které jsou stavebními kameny mnoha fyziologicky významných molekul. (Viz také: Riboflavin a AMP , ADP , ATP , RNA , DNA , cAMP , NADPH , NADH , FAD , koenzym A , sukcinyl-koenzym A. )
Kyselina dusitá (HNO ₂ ) převádí aminoskupinu na hydroxylovou skupinu . Tím se vytvoří hypoxanthin z adeninu a xanthin z guaninu . Působení kyseliny dusité na DNA (jako mutagen) provádí tuto změnu při multiplikaci DNA () reduplikaci ) na chybné párování bází, a tedy na modifikovanou sekvenci bází dochází k modifikovaným proteinům, a proto může dojít ke změněnému fenotypu .
TRNA také obsahuje neobvyklé purinových bází (dlouhé základny): od A ⁺ je vytvořen přidáním protonu v poloze 7, což znamená, že atom dusíku v tomto bodě je kladně nabitou. Dusík kruhového systému může být methylován, takže jsou také kladně nabité. Příklady: 1-methyladenin (m ¹ A), 7-methyladenin (m ⁷ A), 7-methylguanin (m ⁷ G). V případě 2'-O-methylguanosinu (m ^{2 '} G) je C-2 atom ribózy methylován. Odpovídající báze jsou upraveny až po transkripci a ovlivňují přesnost translace i aktivitu a stabilitu tRNA (viz také nukleosidy ).
trans- -zeatin (N⁶ - (Δ^{2 '} isopentenyl) -aminopurine) je přirozeně se vyskytující cytokinin .
Kyseliny močové je produkt rozpadu metabolismu purinů.

metabolismus

Purinové nukleotidy AMP, ADP, ATP, GTP, GDP a GMP jsou odvozeny od purinového heterocyklu, jehož běžným prekurzorem v biosyntéze je inosinmonofosfát (IMP). Mnoho dalších látek slouží jako meziprodukty a tvoří síť, ve které může být každý z nukleotidů vyroben z jednoho z meziproduktů, syntetizován od nuly ( de-novo ) nebo rozdělen na kyselinu močovou (viz obrázek).

De novo biosyntéza IMP

Puriny nejsou v organismu syntetizovány jako volné molekuly , ale vždy jako nukleotidy . Výchozí molekulou je α- D - ribóza -5-fosfát, meziprodukt cyklu pentózo-fosfátu . Poté se krok za krokem vytvoří základní struktura purinu, přičemž jednotlivé složky dodávají různé molekuly. Konečným produktem tohoto syntetického řetězce je inosinmonofosfát (IMP), nukleotid hypoxantinu, který se v dalších krocích převádí na nukleotidy adenosinu nebo guanosinu.

{\ displaystyle \ longrightarrow}

{\ displaystyle \ longrightarrow}

{\ displaystyle \ longrightarrow}

Interkonverze AMP a IMP

Biosyntéza AMP (de novo)

Syntéza AMP začíná syntézou IMP a vyžaduje u všech živých bytostí dva kroky:

+ + GTP GDP + P _i + + ${\ displaystyle \ longrightarrow}$ ${\ displaystyle \ longrightarrow}$

IMP a aspartát se ligují za použití GTP, katalyzovaného adenylosukcinát syntázou . Adenylosukcinát lyáza se používá k odštěpení fumarátu z meziproduktu, což vede k AMP.

IMP od AMP

Enzym AMP deaminázy usnadňuje přeměnu AMP na IMP. To umožňuje eukaryotům získat IMP z purinových bází záchrannou cestou.

+ H ₂ O + NH ₃ ${\ displaystyle \ longrightarrow}$

AMP se převádí na IMP; Voda se spotřebovává, vyrábí se amoniak .

Interkonverze GMP / XMP a IMP

GMP biosyntéza (de novo)

Stejně jako u syntézy ATP se GMP získává z IMP ve dvou krocích. První krok, oxidace IMP a XMP, je katalyzován IMP dehydrogenázou .

+ NAD ⁺ + H ₂ O + NADH / H ⁺ ${\ displaystyle \ longrightarrow}$

IMP se oxiduje na XMP. Druhý krok se provádí pomocí GMP syntázy .

+ + ATP + H ₂ O + + AMP + PP _i ${\ displaystyle \ rightleftharpoons}$

GMP, AMP a kyselina glutamová se tvoří z XMP, ATP a glutaminu.

IMP od GMP

Zpětná reakce IMP z GMP v jednom kroku je možná za použití GMP reduktázy . To přispívá k rovnováze AMP / GMP v buňce.

+ NADPH / H ⁺ + NH ₃ + NADP ⁺ ${\ displaystyle \ longrightarrow}$

Amoniak se oddělí od GMP a vytvoří se IMP. Reakce je nevratná.

Recyklace základen (sběrná cesta)

Když se RNA rozloží, kromě mononukleotidů se vytvoří volné báze a nukleosidy . Mononukleotidy lze získat tak, že purinové báze s fosforylovanou ribózou a nukleosidy kinázami znovu získají svou fosfátovou skupinu.

Demontáž

Fosfát se oddělí od nukleotidů (pomocí enzymu nukleotidázy ) a báze se poté odštěpí od výsledných nukleosidů katalyzovaných purinovou nukleosidázou . Guanin se deaminuje na xanthin pomocí guanin deaminázy . Xanthin se oxiduje na kyselinu močovou. U suchozemských plazů , ptáků , mnoha druhů hmyzu a primátů je to konečný produkt, který se vylučuje močí . Jiná zvířata a rostliny používají kyselinu močovou k tvorbě alantoinu , močoviny nebo amoniaku , který se v případě potřeby dusíku reabsorbuje jako amonium .

Receptory

Puriny se vážou na specifické receptory v buněčné membráně , takzvané purinergní receptory . Existují ionotropní a metabotropní purinergní receptory. Fyziologickým agonistou těchto receptorů je ATP .

Lékařský význam

Nemoci

V závislosti na místě narušení metabolismu purinů existují různé klinické obrazy:

Lesch-Nyhanův syndrom je způsoben nedostatkem enzymu ( hypoxanthin-guanin-fosforibosyl-transferázu , HGPRT) v rámci recyklace bází (resyntézy). Výsledkem je, že se hromadí substráty 5-P-ribosyl-PP a puriny hypoxanthin a guanin, což také vede k akumulaci kyseliny močové. To způsobuje dnu , mentální retardaci a problémy s chováním.
Dna je důsledkem hyperurikémie , zvýšené koncentrace kyseliny močové v krvi (387 µmol / l). Pod touto koncentrací je v krvi k dispozici dostatek bílkovin pro transport kyseliny močové, která je ve vodě málo rozpustná, a pro zabránění jejího srážení . Pokud je hladina kyseliny močové příliš vysoká, tento ochranný systém již není dostatečný a tvoří se usazeniny v kloubech , obalech šlach a dřeni ledvin .
SCID (těžká kombinovaná imunodeficience) je způsobena 50násobným zvýšením koncentrace dATP. To narušuje křehkou rovnováhu v koncentraci stavebních bloků DNA a narušuje syntézu DNA, která primárně ovlivňuje buňky imunitního systému (T a B buňky).
Nedostatek adenylosukcinázy , vzácné dědičné onemocnění, které může vést k mentálnímu postižení a v dětství je často smrtelné. Dotčeným enzymem je adenylosukcinát lyáza .

Léčivé látky

Purinové deriváty a analogy purinu hrají roli antimetabolitů : Azathioprin potlačuje imunitní systém , 8-azaguanin, 6-purinthiol a 6-thioguanin se používají proti určitým formám rakoviny a alopurinol proti dně. N -hydroxy-purin a purin- N -oxidy jsou karcinogenní (karcinogenní).

literatura

Gerhard Heidelmann: Historie a definice poruch metabolismu purinů. In: Gerhard Heidelmann, Peter Thiele (ed.): Dnový syndrom. Artritida, nefropatie, nefrolitiáza kyseliny močové, diabetes mellitus, hyperlipoproteinémie, obezita, hypertenze, infarkt myokardu, okluze tepen. Drážďany 1974, s. 1-5.

Individuální důkazy

↑ CR Hancock, JJ Brault, RL Terjung: Ochrana stavu buněčné energie během kontrakcí: role AMP deaminázy. In: Journal of fyziologie a farmakologie: oficiální časopis Polské fyziologické společnosti. Svazek 57 Suppl 10, listopad 2006, str. 17-29 , PMID 17242488 . (Posouzení).
↑ HN Jayaram, DA Cooney a kol.: Důsledky inhibice IMP dehydrogenázy a její vztah k rakovině a apoptóze. In: Současná léčivá chemie. Svazek 6, číslo 7, červenec 1999, str. 561-574, PMID 10390601 . (Posouzení).
^ AK Werner, CP Witte: Biochemie mobilizace dusíku: katabolismus purinových kruhů. In: Trendy ve vědě o rostlinách. Svazek 16, číslo 7, červenec 2011, str. 381-387, doi : 10,1016 / j . Rostliny 2011.03.012 . PMID 21482173 . (Posouzení).
↑ BB Fredholm: Adenosinové receptory jako cíle drog. In: Experimental Cell Research . Svazek 316, číslo 8, květen 2010, str. 1284-1288, doi : 10,1016 / j.yexcr.2010.02.004 . PMID 20153317 . PMC 2866745 (plný text). (Posouzení).
↑ RJ Torres, JG Puig: Nedostatek hypoxantin-guanin fosforo-fosibyl-transferázy (HPRT): Lesch-Nyhanův syndrom. In: Orphanet Journal of Rare Diseases. Svazek 2, 2007, s. 48, doi : 10,1186 / 1750-1172-2-48 . PMID 18067674 . PMC 2234399 (plný text). (Posouzení).
↑ EB Gonzalez: Aktualizace patologie a klinické léčby dnavé artritidy. In: Klinická revmatologie. Svazek 31, číslo 1, leden 2012, str. 13-21, doi : 10,1007 / s10067-011-1877-0 . PMID 22069122 . PMC 3249158 (plný text). (Posouzení).
^ PL Riches, AF Wright, SH Ralston: Nedávné poznatky o patogenezi hyperurikémie a dny. In: Human Molecular Genetics . Svazek 18, R2 říjen 2009, str. R177-R184, doi : 10,1093 / hmg / ddp369 . PMID 19808794 . (Posouzení).
↑ J. Chinen, WT Shearer: Pokroky v základní a klinické imunologii v roce 2010. In: Journal of Allergy and Clinical Immunology . Svazek 127, číslo 2, únor 2011, str. 336-341, doi : 10.1016 / j.jaci.2010.11.042 . PMID 21281863 . PMC 3057129 (volný plný text). (Posouzení).
^ EK Spiegel, RF Colman, D. Patterson: Nedostatek adenylosukcinát lyázy. In: Molekulární genetika a metabolismus. Svazek 89, číslo 1-2, 2006 zář-říjen, str. 19-31, doi : 10,1016 / j.ymgme.2006.04.018 . PMID 16839792 . (Posouzení).
^ M. Samsel, K. Dzierzbicka: Terapeutický potenciál analogů a konjugátů adenosinu. In: Pharmacological Reports Volume 63, Number 3, 2011, str. 601-617, PMID 21857072 . (Posouzení).
^ T. Robak, E. Lech-Maranda a kol.: Analogy purinových nukleosidů jako imunosupresivní a antineoplastické látky: mechanismus účinku a klinická aktivita. In: Current Medicinal Chemistry . Svazek 13, číslo 26, 2006, str. 3165-3189, PMID 17168705 .

webové odkazy

Wikibooks: Purine Metabolism - Learning and Teaching Materials

MedizInfo.de Potravinové stoly pro puriny a kyselinu močovou
PurinTabelle.de Potravinové stoly pro puriny a kyselinu močovou
C. Müller: Dna - nízko purinové jídlo proti bolesti. od: UGB-Forum 2/2000, str. 68-71, UGB-Verband, 2000

[1] CR Hancock, JJ Brault, RL Terjung: Ochrana stavu buněčné energie během kontrakcí: role AMP deaminázy. In: Journal of fyziologie a farmakologie: oficiální časopis Polské fyziologické společnosti. Svazek 57 Suppl 10, listopad 2006, str. 17-29 , PMID 17242488 . (Posouzení).

[2] HN Jayaram, DA Cooney a kol.: Důsledky inhibice IMP dehydrogenázy a její vztah k rakovině a apoptóze. In: Současná léčivá chemie. Svazek 6, číslo 7, červenec 1999, str. 561-574, PMID 10390601 . (Posouzení).

[3] AK Werner, CP Witte: Biochemie mobilizace dusíku: katabolismus purinových kruhů. In: Trendy ve vědě o rostlinách. Svazek 16, číslo 7, červenec 2011, str. 381-387, doi : 10,1016 / j . Rostliny 2011.03.012 . PMID 21482173 . (Posouzení).

[4] BB Fredholm: Adenosinové receptory jako cíle drog. In: Experimental Cell Research . Svazek 316, číslo 8, květen 2010, str. 1284-1288, doi : 10,1016 / j.yexcr.2010.02.004 . PMID 20153317 . PMC 2866745 (plný text). (Posouzení).

[5] RJ Torres, JG Puig: Nedostatek hypoxantin-guanin fosforo-fosibyl-transferázy (HPRT): Lesch-Nyhanův syndrom. In: Orphanet Journal of Rare Diseases. Svazek 2, 2007, s. 48, doi : 10,1186 / 1750-1172-2-48 . PMID 18067674 . PMC 2234399 (plný text). (Posouzení).

[6] EB Gonzalez: Aktualizace patologie a klinické léčby dnavé artritidy. In: Klinická revmatologie. Svazek 31, číslo 1, leden 2012, str. 13-21, doi : 10,1007 / s10067-011-1877-0 . PMID 22069122 . PMC 3249158 (plný text). (Posouzení).

[7] PL Riches, AF Wright, SH Ralston: Nedávné poznatky o patogenezi hyperurikémie a dny. In: Human Molecular Genetics . Svazek 18, R2 říjen 2009, str. R177-R184, doi : 10,1093 / hmg / ddp369 . PMID 19808794 . (Posouzení).

[8] J. Chinen, WT Shearer: Pokroky v základní a klinické imunologii v roce 2010. In: Journal of Allergy and Clinical Immunology . Svazek 127, číslo 2, únor 2011, str. 336-341, doi : 10.1016 / j.jaci.2010.11.042 . PMID 21281863 . PMC 3057129 (volný plný text). (Posouzení).

[9] EK Spiegel, RF Colman, D. Patterson: Nedostatek adenylosukcinát lyázy. In: Molekulární genetika a metabolismus. Svazek 89, číslo 1-2, 2006 zář-říjen, str. 19-31, doi : 10,1016 / j.ymgme.2006.04.018 . PMID 16839792 . (Posouzení).

[10] M. Samsel, K. Dzierzbicka: Terapeutický potenciál analogů a konjugátů adenosinu. In: Pharmacological Reports Volume 63, Number 3, 2011, str. 601-617, PMID 21857072 . (Posouzení).

[11] T. Robak, E. Lech-Maranda a kol.: Analogy purinových nukleosidů jako imunosupresivní a antineoplastické látky: mechanismus účinku a klinická aktivita. In: Current Medicinal Chemistry . Svazek 13, číslo 26, 2006, str. 3165-3189, PMID 17168705 .

Languages