Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Гетероциклді ароматты органикалық қосылыс
Heterocyclic aromatic organic compound
Пурин – біріктірілген екі сақинадан (пиримидин және имидазол) тұратын гетероциклді ароматты органикалық қосылыс. Ол суда ериді. Пурин сонымен қатар пуриндер деп аталатын кең молекулалар класына да атау береді, оған алмастырылған пуриндер мен олардың таутомерлері де кіреді. Олар табиғатта азотты гетероциклдердің ең көп кездесетін түрлері болып табылады.
Purine is a heterocyclic aromatic organic compound that consists of two rings (pyrimidine and imidazole) fused together. It is water soluble. Purine also gives its name to the wider class of molecules, purines, which include substituted purines and their tautomers. They are the most widely occurring nitrogen containing heterocycles in nature.
Тамақ көзі
Пуриндер ет пен ет өнімдерінде, әсіресе бауыр мен бүйрек сияқты ішкі органдарда жоғары концентрацияда кездеседі. Жалпы, өсімдік негізді диетада пуриннің мөлшері төмен болады. Пуринге бай өсімдіктер мен балдырларға кейбір көкбұршақтар (бұршақ, соя және қара көз бұршақ) және спирулина жатады. Пуриннің жоғары көздерінің мысалдары: тәтті нан, анчоустар, сардиналар, бауыр, сиыр бүйректері, ми, ет экстракттары (мысалы, Oxo, Bovril), сельдь, скумбрия, гребенка, аң еті, ашытқы (сыра, ашытқы экстракты, тағамдық ашытқы) және соус. Сондай-ақ, қызыл ет, сиыр еті, шошқа еті, құс еті, балық және теңіз өнімдері, құра, гүлді капуста, шпинат, саңырауқұлақтар, жасыл бұршақ, бұршақ, құрғақ бұршақ, бұршақ, сұлы, бидай қабығы, бидай жармасы, бидай тұқымы және шиеде де орташа мөлшерде пурин бар.
Purines are found in high concentration in meat and meat products, especially internal organs such as liver and kidney. In general, plant based diets are low in purines. High purine plants and algae include some legumes (lentils, soybeans, and black eyed peas) and spirulina. Examples of high purine sources include: sweetbreads, anchovies, sardines, liver, beef kidneys, brains, meat extracts (e. g., Oxo, Bovril), herring, mackerel, scallops, game meats, yeast (beer, yeast extract, nutritional yeast) and gravy. A moderate amount of purine is also contained in red meat, beef, pork, poultry, fish and seafood, asparagus, cauliflower, spinach, mushrooms, green peas, lentils, dried peas, beans, oatmeal, wheat bran, wheat germ, and haws.
Биохимия
Пуриндер мен пиримидиндер азотты негіздердің екі тобын құрайды, соның ішінде нуклеотид негіздерінің екі тобын да қамтиды. Пурин негіздері – гуанин (G) және аденин (A), олар дезоксирибоза фрагментімен дезоксирибонуклеозидтерді (дезоксигуанозин және дезоксиаденин) және рибоза фрагментімен рибонуклеозидтерді (гуанозин, аденин) құрайды. Бұл нуклеозидтер фосфор қышқылымен сәйкес нуклеотидтерді (дезоксигуанилат, дезоксиаденила́т және гуанилат, аденила́т) құрайды, олар ДНК және РНК құрылыс блоктары болып табылады. Пурин негіздері гуанозин монофосфаты (GMP) және аденозин монофосфаты (AMP) қосылыстары арқылы көптеген метаболизм және сигналдау процестерінде де маңызды рөл атқарады. Осы маңызды жасушалық процестерді жүзеге асыру үшін жасушаға пуриндер де, пиримидиндер де, сондай-ақ шамамен бірдей мөлшерде қажет. Пурин де, пиримидин де өзін-өзі тежейтін және белсендіретін қасиетке ие. Пуриндер пайда болғанда, олар одан әрі пурин түзілуіне қажетті ферменттерді тежейді. Бұл өзін-өзі тежеу пиримидин түзілуіне қажетті ферменттерді де белсендіреді. Пиримидин де пуринге ұқсас түрде бір мезгілде өзін-өзі тежейді және белсендіреді. Осының нәтижесінде жасушада әрқашан екі заттың да шамамен тең мөлшері сақталады.
Purines and pyrimidines make up the two groups of nitrogenous bases, including the two groups of nucleotide bases. The purine bases are guanine (G) and adenine (A) which form corresponding nucleosides deoxyribonucleosides (deoxyguanosine and deoxyadenosine) with deoxyribose moiety and ribonucleosides (guanosine, adenosine) with ribose moiety. These nucleosides with phosphoric acid form corresponding nucleotides (deoxyguanylate, deoxyadenylate and guanylate, adenylate) which are the building blocks of DNA and RNA, respectively. Purine bases also play an essential role in many metabolic and signalling processes within the compounds guanosine monophosphate (GMP) and adenosine monophosphate (AMP). In order to perform these essential cellular processes, both purines and pyrimidines are needed by the cell, and in similar quantities. Both purine and pyrimidine are self inhibiting and activating. When purines are formed, they inhibit the enzymes required for more purine formation. This self inhibition occurs as they also activate the enzymes needed for pyrimidine formation. Pyrimidine simultaneously self inhibits and activates purine in a similar manner. Because of this, there is nearly an equal amount of both substances in the cell at all times.
Қасиеттері
Пурин өте әлсіз қышқыл (pKa 8,93) және одан да әлсіз негіз (pKa 2,39) болып табылады. Оны таза суда еріткенде pH осы екі pKa шамасының арасында орналасады. Пурин ароматты зат, оның төрт таутомері бар, олардың әрқайсысында сутек төрт азот атомының біріне байланысқан. Бұл таутомерлер 1 H, 3 H, 7 H және 9 H деп белгіленеді (нөмірленген сақина суретін қараңыз). Кристалдық түрінде 7 H таутомері басым, ал полярлы еріткіштерде 9 H және 7 H таутомерлері көбірек кездеседі. Сақинадағы қосымша топтар және басқа молекулалармен болатын өзара әрекеттесулер осы таутомерлердің тепе-теңдігін өзгерте алады.
Purine is both a very weak acid (pKa 8.93) and an even weaker base (pKa 2.39). If dissolved in pure water, the pH is halfway between these two pKa values. Purine is aromatic, having four tautomers each with a hydrogen bonded to a different one of the four nitrogen atoms. These are identified as 1 H, 3 H, 7 H, and 9 H (see image of numbered ring). The common crystalline form favours the 7 H tautomer, while in polar solvents both the 9 H and 7 H tautomers predominate. Substituents to the rings and interactions with other molecules can shift the equilibrium of these tautomers.
Белгілі пуриттер
Табиғатта көптеген пуриндер кездеседі. Олардың ішінде аденин (2) және гуанин (3) нуклеобазалары бар. ДНҚ-да бұл негіздер тимин және цитозин сияқты сәйкес пиримидиндерімен сутекті байланыс түзетіп, қосымша жұптасуға қатысады. Бұл құбылыс қосымша негіздер жұптасуы деп аталады. РНҚ-да аденинге тиминнің орнына урацил толықтырады. Басқа да маңызды пуриндерге гипоксантин, ксантин, теофиллин, теобромин, кофеин, зәр қышқылы және изогуанин жатады.
There are many naturally occurring purines. They include the nucleobases adenine (2) and guanine (3). In DNA, these bases form hydrogen bonds with their complementary pyrimidines, thymine and cytosine, respectively. This is called complementary base pairing. In RNA, the complement of adenine is uracil instead of thymine. Other notable purines are hypoxanthine, xanthine, theophylline, theobromine, caffeine, uric acid and isoguanine.
Функциялар
Пюриндер (аденин және гуанин) ДНК мен РНК-дағы маңызды рөлдерінен бөлек, пуриндер АТФ, ГТП, циклдік АМП, НАДН және А коферменті сияқты көптеген басқа да маңызды биомолекулалардың құрамына да кіреді. Пюриннің өзі табиғатта кездеспейді, бірақ оны органикалық синтез арқылы жасауға болады. Олар сондай-ақ пуринергиялық рецепторларға әсер ете отырып, тікелей нейротрансмиттерлер ретінде де жұмыс істей алады. Аденозин аденозин рецепторларын белсендіреді.
Aside from the crucial roles of purines (adenine and guanine) in DNA and RNA, purines are also significant components in a number of other important biomolecules, such as ATP, GTP, cyclic AMP, NADH, and coenzyme A. Purine (1) itself, has not been found in nature, but it can be produced by organic synthesis. They may also function directly as neurotransmitters, acting upon purinergic receptors. Adenosine activates adenosine receptors.
Тарих
Пурин (таза зәр) сөзін 1884 жылы неміс химигі Эмиль Фишер ойлап тапты. Ол оны алғаш рет 1898 жылы синтездеді. Урикалық қышқыл (8) PCl5-пен реакцияласып, 2,6,8-трихлорпурин (10) алынды, ол HI және PH4I арқылы 2,6-диидопуринге (11) айналдырылды. Содан кейін, өнім мырыш ұнтағын қолдану арқылы пуринге (1) дейін тотықсыздалды.
The word purine (pure urine) was coined by the German chemist Emil Fischer in 1884. He synthesized it for the first time in 1898. Uric acid (8) was reacted with PCl5 to give 2,6,8 trichloropurine (10), which was converted with HI and PH4I to give 2,6 diiodopurine (11). The product was reduced to purine (1) using zinc dust.
Метаболизм
Көптеген организмдерде пуриндерді синтездеу және ыдырату үшін метаболизмдік жолдар бар. Пуриндер биологиялық түрде нуклеозидтер (рибозаға байланысқан негіздер) ретінде синтезделеді. Өзгертілген пурин нуклеотидтерінің жинақталуы түрлі жасушалық процестерге, әсіресе ДНҚ және РНҚ қатысатын процестерге зиян келтіреді. Қызмет ету үшін организмдерде дезоксипурин фосфогидролазалары болады, олар осы пурин туындыларын гидролиздейді, оларды белсенді NTP және dNTP қоймаларынан шығарып тастайды. Пурин негіздерінің деаминациялануы ITP, dITP, XTP және dXTP сияқты нуклеотидтердің жинақталуына алып келуі мүмкін. Пурин өндірісі мен ыдырауын бақылайтын ферменттердегі ақаулар жасушаның ДНК тізбектерін күрт өзгерте алады, бұл пурин метаболизмінің ферменттерінің белгілі бір генетикалық варианттарын алып жүретін адамдардың кейбір қатерлі ісіктерге шалдығу қаупінің жоғары болуын түсіндіруі мүмкін.
Many organisms have metabolic pathways to synthesize and break down purines. Purines are biologically synthesized as nucleosides (bases attached to ribose). Accumulation of modified purine nucleotides is defective to various cellular processes, especially those involving DNA and RNA. To be viable, organisms possess a number of deoxypurine phosphohydrolases, which hydrolyze these purine derivatives removing them from the active NTP and dNTP pools. Deamination of purine bases can result in accumulation of such nucleotides as ITP, dITP, XTP and dXTP. Defects in enzymes that control purine production and breakdown can severely alter a cell's DNA sequences, which may explain why people who carry certain genetic variants of purine metabolic enzymes have a higher risk for some types of cancer.
Өмірдің үш саласында пурин биосинтезі
Өмірдің үш доменіндегі организмдер, яғни эукариоттар, бактериялар және археялар, пуриндерді бастапқыдан биосинтездеуге қабілетті. Бұл қабілет пуриндердің тіршілік үшін өте маңызды екенін көрсетеді. Синтездің биохимиялық жолы эукариоттар мен бактериялық түрлерде өте ұқсас, бірақ архея түрлері арасында әртүрлі. Зерттелген 65 архея түрдің 58-інде пурин биосинтезі үшін қажетті гендердің дерлік толық немесе толық жиынтығы бар екені анықталды, сонымен қатар оларға өсу үшін сырттан келген пуриндер де қажет.
Organisms in all three domains of life, eukaryotes, bacteria and archaea, are able to carry out de novo biosynthesis of purines. This ability reflects the essentiality of purines for life. The biochemical pathway of synthesis is very similar in eukaryotes and bacterial species, but is more variable among archaeal species. A nearly complete, or complete, set of genes required for purine biosynthesis was determined to be present in 58 of the 65 archaeal species studied. that also require exogenous purines for growth.
Қалқаншалықпен байланысы
Ет және теңіз өнімдерін көп жеу подагра ауруының қаупін арттырады, ал сүт өнімдерін көп жеу қауіпті азайтады. Пуринге бай көкөністер мен ақуызды орташа мөлшерде тұтыну подагра қаупін арттырмайды. Гиперурикемия қаупіне қатысты да ұқсас нәтижелер байқалды.
Higher levels of meat and seafood consumption are associated with an increased risk of gout, whereas a higher level of consumption of dairy products is associated with a decreased risk. Moderate intake of purine rich vegetables or protein is not associated with an increased risk of gout. Similar results have been found with the risk of hyperuricemia.
Зертханалық синтез
Пурин метаболизмі кезінде пуриннің in vivo синтезінен басқа, пуринді жасанды түрде де синтездеуге болады. Пурин (1) формамидті ашық ыдыста 170 °C температурада 28 сағат бойы қыздырғанда жақсы түсімділікке қол жеткізіледі. Бұл ерекше реакция және оған ұқсас басқа да реакциялар өмірдің пайда болуына қатысты талқыланды. 1968 жылдың 20 тамызында патенттелген аденоиннің қазіргі танылған өндіріс әдісі – формамид әдісінің өңделген түрі. Бұл әдіс формамидті 120 градус Цельсий температурасында герметикалық колбада 5 сағат бойы қыздырып, аденоин түзетіледі. Фосфор оксихлориді (фосфорил хлориді) немесе фосфор пентахлоридін қышқыл катализаторы ретінде пайдалану және күн сәулесі немесе ультракөк сәулелердің әсері реакцияның қарқынын арттырады. 5 сағат өткен соң, формамид-фосфор оксихлориді-аденоин ерітіндісі салқындағаннан кейін, аденоин пайда болған формамидті қамтитын колбаға су құйылады. Аденин-формамидтің сулы ерітіндісі белсендірілген көмірдің сүзгіш бағанасы арқылы өтеді. Су мен формамид молекулалары кішкентай болғандықтан, көмірден өтіп, қалдықтарға жиналады, ал үлкен аденин молекулалары көмірмен Ван дер Ваальс күштері арқылы байланысады немесе "адсорбцияланады". Көмірдің үлкен беттік ауданы болғандықтан, ол су мен формамидтен үлкен өлшемдегі көптеген молекулаларды ұстап алады. Көмірге адсорбцияланған аденинді алу үшін, суда еріген аммиак газы (аква аммиак) белсендірілген көмірге құйылады, бұл аденинді аммиак суына босатады. Су, аммиак және адениннен тұратын ерітінді ауада кептіріледі, аденин аммиак газын жоғалту арқылы ерігіштігін жоғалтады, бұл ерітіндіні негіздік ететін және аденинді ерітуге қабілетті ететін аммиак газының жоғалуына байланысты, осылайша ол таза ақ ұнтаққа кристалданады, оны сақтауға болады. Оро және Камат (1961) және Оргельдің әріптестері (1966, 1967) HCN-нің төрт молекуласы тетрамеризацияланып, диаминомалеодинитрил (12) түзеді, оны табиғатта кездесетін барлық пуриндерге айналдыруға болатынын көрсетті. Мысалы, HCN-нің бес молекуласы экзотермиялық реакцияда конденсацияланып, әсіресе аммиактың қатысуымен аденоин түзетіледі. Траубе пурин синтезі (1900) – аминмен алмастырылған пиримидин мен құмырсқа қышқылы арасындағы классикалық реакция (Вильгельм Траубе есімімен аталған).
In addition to in vivo synthesis of purines in purine metabolism, purine can also be synthesized artificially. Purine (1) is obtained in good yield when formamide is heated in an open vessel at 170 °C for 28 hours. This remarkable reaction and others like it have been discussed in the context of the origin of life. Patented August 20, 1968, the current recognized method of industrial scale production of adenine is a modified form of the formamide method. This method heats up formamide under 120 degree Celsius conditions within a sealed flask for 5 hours to form adenine. The reaction is heavily increased in quantity by using a phosphorus oxychloride (phosphoryl chloride) or phosphorus pentachloride as an acid catalyst and sunlight or ultraviolet conditions. After the 5 hours have passed and the formamide phosphorus oxychloride adenine solution cools down, water is put into the flask containing the formamide and now formed adenine. The water formamide adenine solution is then poured through a filtering column of activated charcoal. The water and formamide molecules, being small molecules, will pass through the charcoal and into the waste flask; the large adenine molecules, however, will attach or “adsorb” to the charcoal due to the van der waals forces that interact between the adenine and the carbon in the charcoal. Because charcoal has a large surface area, it's able to capture the majority of molecules that pass a certain size (greater than water and formamide) through it. To extract the adenine from the charcoal adsorbed adenine, ammonia gas dissolved in water (aqua ammonia) is poured onto the activated charcoal adenine structure to liberate the adenine into the ammonia water solution. The solution containing water, ammonia, and adenine is then left to air dry, with the adenine losing solubility due to the loss of ammonia gas that previously made the solution basic and capable of dissolving adenine, thus causing it to crystallize into a pure white powder that can be stored. Oro and Kamat (1961) and Orgel co workers (1966, 1967) have shown that four molecules of HCN tetramerize to form diaminomaleodinitrile (12), which can be converted into almost all naturally occurring purines. For example, five molecules of HCN condense in an exothermic reaction to make adenine, especially in the presence of ammonia. The Traube purine synthesis (1900) is a classic reaction (named after Wilhelm Traube) between an amine substituted pyrimidine and formic acid.
Пурин рибонуклеозидтерінің пребиотикалық синтезі
Өмірдің қалай пайда болғанын түсіну үшін, өмірдің негізгі құрылыс блоктарының пайда болуына мүмкіндік беретін химиялық жолдарды білу қажет, бұл жолдар ықтимал пребиотикалық жағдайларда болуы тиіс. Нами және авторлар (2018) сулы микротамшыларда пурин және пиримидин нуклеобазаларының рибозамен тікелей конденсациялануын көрсетті, нәтижесінде рибонуклеозидтер пайда болды – бұл РНК түзілуіне әкелетін маңызды қадам. Бекер және авторлар (2016) пурин рибонуклеозидтерін синтездеудің ықтимал пребиотикалық процесін де ұсынды.
In order to understand how life arose, knowledge is required of the chemical pathways that permit formation of the key building blocks of life under plausible prebiotic conditions. Nam et al. (2018) demonstrated the direct condensation of purine and pyrimidine nucleobases with ribose to give ribonucleosides in aqueous microdroplets, a key step leading to RNA formation. Also, a plausible prebiotic process for synthesizing purine ribonucleosides was presented by Becker et al. (2016).