Птерины: структура, свойства и биологическая роль.
Pterin
Птерины: гетероциклические соединения, производные птеридина. Открыты в крыльях бабочек, важны для окраски и выполняют различные биологические функции.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Птерин — это гетероциклическое соединение, состоящее из кольцевой системы птеридина с "кето-группой" (лактамом) и аминогруппой в положениях 4 и 2 соответственно. Он структурно связан с родительским бициклическим гетероциклом, называемым птеридином. Птерины как группа — это соединения, родственные птерину и имеющие дополнительные заместители. Сам птерин не имеет биологического значения. Птерины были впервые обнаружены в пигментах крыльев бабочек (отсюда и происхождение их названия, от греческого pteron (πτερόν) — крыло) и выполняют множество ролей в окраске живых организмов.
Pterin is a heterocyclic compound composed of a pteridine ring system, with a "keto group" (a lactam) and an amino group on positions 4 and 2 respectively. It is structurally related to the parent bicyclic heterocycle called pteridine. Pterins, as a group, are compounds related to pterin with additional substituents. Pterin itself is of no biological significance. Pterins were first discovered in the pigments of butterfly wings (hence the origin of their name, from the Greek pteron (πτερόν), wing) and perform many roles in coloration in the biological world.
Химия
Птерины демонстрируют широкий спектр таутомеризма в воде, выходящий за рамки просто кето-энольной таутомерии. Для незамещенного птерина обычно указывают как минимум пять таутомеров. Для 6-метилптерина теоретически предсказывается, что в растворе важными будут семь таутомеров. Птеридиновая кольцевая система содержит четыре атома азота, что снижает ее ароматичность до степени, позволяющей атаковать ее нуклеофилами. Птерины могут находиться в трех степенях окисления в кольцевой системе: окисленная форма, 7,8-дигидро полуредуцированная форма (наряду с другими, менее стабильными таутомерами) и, наконец, 5,6,7,8-тетрагидро полностью редуцированная форма. Последние две формы чаще встречаются в биологических системах.
Pterins exhibit a wide range of tautomerism in water, beyond what is assumed by just keto enol tautomerism. For the unsubstituted pterin, at least five tautomers are commonly cited. For 6 methylpterin, seven tautomers are theoretically predicted to be important in solution. The pteridine ring system contains four nitrogen atoms, reducing its aromaticity to the point that it can be attacked by nucleophile. Pterins can take three oxidation states on the ring system: the unprefixed oxidized form, the 7,8 dihydro semi reduced form (among other, less stable tautomers), and finally the 5,6,7,8 tetrahydro fully reduced form. The latter two are more common in biological systems.
Биосинтез
Петериновые кольца либо реутилизируются из существующих, либо синтезируются de novo в живых организмах. Кольцо образуется в результате перестройки гуанозина у бактерий и у человека.
Pterin rings are either salvaged from existing ones or produced de novo in living organisms. The ring comes from rearrangement of guanosine in bacteria and humans.
Кофакторы птерина
Производные птерина — распространённые кофакторы во всех областях жизни.
Pterin derivatives are common cofactors in all domains of life.
Фолиты
Одним из важных семейств производных птерина являются фолаты. Фолаты – это птерины, содержащие пара-аминобензойную кислоту, связанную с метильной группой в положении 6 системы птеридинового кольца (известной как птероиновая кислота), конъюгированную с одним или несколькими L-глутаматами. Они участвуют в многочисленных биологических реакциях переноса групп. Фолат-зависимые биосинтетические реакции включают перенос метильных групп из 5-метилтетрагидрофолата к гомоцистеину с образованием L-метионина, и перенос формильных групп из 10-формилтетрагидрофолата к L-метионину с образованием N-формилметионина в инициаторных тРНК. Фолаты также необходимы для биосинтеза пуринов и одного пиримидина. Замещенные птеридины являются промежуточными продуктами в биосинтезе дигидрофолиевой кислоты у многих микроорганизмов. Фермент дигидроптероатсинтаза превращает птеридин и 4-аминобензойную кислоту в дигидрофолиевую кислоту в присутствии глутамата. Фермент дигидроптероатсинтаза ингибируется сульфаниламидными антибиотиками.
One important family of pterin derivatives are folates. Folates are pterins that contain p aminobenzoic acid connected to the methyl group at position 6 of the pteridine ring system (known as pteroic acid) conjugated with one or more L glutamates. They participate in numerous biological group transfer reactions. Folate dependent biosynthetic reactions include the transfer of methyl groups from 5 methyltetrahydrofolate to homocysteine to form L methionine, and the transfer of formyl groups from 10 formyltetrahydrofolate to L methionine to form N formylmethionine in initiator tRNAs. Folates are also essential for the biosynthesis of purines and one pyrimidine. Substituted pteridines are intermediates in the biosynthesis of dihydrofolic acid in many microorganisms. The enzyme dihydropteroate synthetase converts pteridine and 4 aminobenzoic acid to dihydrofolic acid in the presence of glutamate. The enzyme dihydropteroate synthetase is inhibited by sulfonamide antibiotics.
Тетрагидробиоптерин
Тетрагидробиоптерин, основной неконъюгированный птерин у позвоночных, участвует в работе трех семейств ферментов, осуществляющих гидроксилирование. К ароматическим аминокислотным гидроксилазам относятся фенилаланингидроксилаза, тирозингидроксилаза и триптофангидроксилазы. Они участвуют в синтезе нейротрансмиттеров – катехоламинов и серотонина. Тетрагидробиоптерин также необходим для функционирования алкилглицеролмонооксигеназы, посредством которой моноалкилглицеролы расщепляются до глицерина и альдегида. В процессе синтеза оксида азота птеринзависимая синтаза оксида азота преобразует аргинин в его N-гидроксипроизводное, которое, в свою очередь, высвобождает оксид азота.
Tetrahydrobiopterin, the major unconjugated pterin in vertebrates, is involved in three families of enzymes that effect hydroxylation. The aromatic amino acid hydroxylases include phenylalanine hydroxylase, tyrosine hydroxylase, and tryptophan hydroxylases. They are involved in the synthesis of neurotransmitters catecholamine and serotonin. Tetrahydrobiopterin is also required for the functioning of alkylglycerol monooxygenase, whereby monoalkylglycerols are broken down to glycerol and an aldehyde. In the synthesis of nitric oxide the pterin dependent nitric oxide synthase converts arginine to its N hydroxy derivative, which in turn releases nitric oxide.
Другие птерины
Цикл метаногенеза с указанием промежуточных соединений. Тетрагидрометаноптерин — кофактор метаногенеза, метаболизма, используемого многими организмами в качестве формы анаэробного дыхания. Он переносит одноуглеродный субстрат в ходе образования метана. По своей структуре он схож с фолатом.
thumb|320px|left|Cycle for methanogenesis, showing intermediates. Tetrahydromethanopterin is a cofactor in methanogenesis, which is a metabolism adopted by many organisms, as a form of anaerobic respiration. It carries the C1 substrate in the course of the formation or production of methane. It is structurally similar to folate.
Пигменты птерина
Цианоптерин — гликозилированное производное птеридина с неизвестной функцией у цианобактерий.
Cyanopterin is a glycosylated derivative of pteridine, having an unknown function in cyanobacteria.