Purin
| Purin | |
|---|---|
| IUPAC Name | Purine |
| Chemische Formel | C5H4N4 |
| Molekülmasse | 120.11 g/mol |
| Schmelzpunkt | 214 °C |
| CAS-Nummer | 120-73-0 |
| SMILES | C1(NC=N2)=C2C=NC=N1 |
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Purin bzw. Purine sind die Bausteine der Nukleinsäure. Sie sind eine bizyklische organische Verbindung mit 4 Stickstoffatomen und werden vom menschlichen Körper selbst gebildet und sind daher nicht essentiell. Haut und Innereien tierischer Lebensmittel enthalten viele Purine. Sie werden zu Harnsäure abgebaut und über die Nieren ausgeschieden. Daher leitet sich auch der Name von lat. purus = rein und acidum uricum = Harnsäure ab, da es das „reine“ Grundgerüst der Harnsäure ist, die 1898 von Emil Fischer erstmals synthetisiert wurde.
| Inhaltsverzeichnis |
Struktur
Das Molekül kann als kondensiertes Ringsystem, zusammengesetzt aus den beiden Heterozyklen Pyrimidin und Imidazol, aufgefasst werden. Deshalb lautet sein systematischer Name 7H-Imidazol[4,5-d]pyrimidin.
| thumb|Purin-Grundgerüst |
Das 7H-Purin steht mit seinem Isomeren, dem 9H-Purin, in einem tautomeren Gleichgewicht:
| thumb|Tautomerie des Purins |
Abgeleitete Moleküle
Purine
Übersicht
Werden die Wasserstoff-Atome in den Positionen 2, 6 und 8 durch andere Moleküle ersetzt, ergeben sich verschiedene substituierte Purine:
| Position 6 | Position 2 | Position 8 | |
|---|---|---|---|
| Adenin | -NH2 | -H | -H |
| Guanin | -OH | -NH2 | -H |
| Harnsäure | -OH | -OH | -OH |
| Hypoxanthin | -OH | -H | -H |
| Xanthin | -OH | -OH | -H |
| 6-Purinthiol | -SH | -H | -H |
| 6-Thioguanin | -SH | -NH2 | -H |
Tautomerie
Auf Grund der Molekül-Abschnitte mit dem Grundmuster N=C-X-H (mit X = O, S oder NH) besteht die Möglichkeit der Tautomerie. (Siehe dort Lactam-Lactim-, Thiolactam-Thiolactim- und Ketimin-Enamin-Tautomerie):
| thumb|Tautomerie der Purine |
Purin-Alkaloide
Vom Grundgerüst des Purins leiten sich auch einige Alkaloide ab:
| R1 | R2 | thumb|Grundgerüst der Purin-Alkaloides | |
|---|---|---|---|
| Coffein (engl. Caffeine) | -CH3 | -CH3 | |
| Theobromin | -H | -CH3 | |
| Theophyllin | -CH3 | -H |
Biologische Bedeutung
- Die Harnsäure ist das Endprodukt des Purinstoffwechsels.
- Sind Adenin und Guanin in Position 9 mit dem 1. C-Atom der Ribose (bei der DNA mit Desoxyribose) verknüpft, ergeben sich die Nucleoside Adenosin und Guanosin. Durch Veresterung der Ribose mit Phosphat entstehen die Nukleotide, die Bausteine zahlreicher physiologisch wichtiger Moleküle sind. (Siehe dazu auch die Vitamine des B2-Komplexes Nicotinsäure, Riboflavin und Panthotensäure sowie AMP, ADP, ATP, RNA, DNA, cAMP, NADPH, NADH, FAD, Coenzym A, Succinyl-Coenzym A.)
- Durch Salpetrige Säure (HNO2) wird die Amino-Gruppe in eine Hydroxylgruppe umgewandelt. Dadurch entsteht aus Adenin Hypoxanthin und aus Guanin Xanthin. Wirkt Salpetrige Säure auf die DNA (als Mutagen) ein, führt diese Änderung dazu, dass es bei der Vermehrung der DNA (Reduplikation) zu fehlerhaften Basenpaarungen und damit zu einer veränderten Basensequenz kommt, die zu veränderten Proteinen und damit zu einem veränderten Phänotyp führen kann.
- In der tRNA finden sich auch ungewöhnliche Purinbasen: A+ entsteht durch Anlagerung eines Protons in der 7. Position, dadurch wird das Stickstoffatom an dieser Stelle positiv geladen. Die Stickstoffe des Ringsystems können methyliert sein, wodurch sie ebenfalls positiv geladen sind. Beispiele: m1A, m7A, m7G. Bei m2’G ist das 2. C-Atome der Ribose methyliert. Die entsprechenden Basen werden erst nach der Transkription modifiziert und beeinflussen Genauigkeit der Translation und Aktivität und Stabilität der tRNA. (siehe auch Nukleoside)
Biosynthese
Biosynthese
Die Purine werden im Organismus nicht als freie Moleküle synthetisiert sondern stets als Nukleotide. Ausgangsmolekül ist das α-D-Ribose-5-phosphat, ein Zischenprodukt des Pentosephosphatzyklus. Darauf wird das Grundgerüst des Purins schrittweise aufgebaut, wobei verschiedene Moleküle die einzelnen Bestandteile liefern:
| [[Bild:CO2Purin.png|right|thumb|100px|Kohlenstoffdioxid ]] | [[Bild:GlycinPur.png|thumb|center|100px|Glycin (eine Aminosäure)]] | |
| [[Bild:Asparaginsre.png|thumb|100px|Asparaginsäure (eine Aminosäure)]] | center|thumb|Purin-Grundgerüst | thumb|100px|Tetrahydrofolsäure (verkürzt) |
| [[Bild:THF1.png|thumb|100px|Tetrahydro]] | [[Bild:Glutamin.png|center|thumb|100px|Glutamin (eine Aminosäure)]] |
Das Endprodukt dieser Synthesekette ist das Inosinmonophosphat (IMP), das Nukleotid des Hypoxanthins, welches in weiteren Schritten zu den Nukleotiden des Xanthinosins, Adenosins oder Guanosins umgebaut wird.
Rückgewinnungsreaktionen
Beim Abbau der RNA entstehen neben den Mononukleotiden auch freie Basen und Nucleoside. Die Mononukleotide können dadurch wieder zurückgewonnen werden, dass die Purinbasen mit phosphorylierter Ribose und die Nucleoside durch Kinasen ihre Phosphatgruppe wieder erhalten.
Reduktion der Ribonukleotide
Um als Bausteine der DNA dienen zu können, muss die Ribose der Nukleotide am 2. C-Atom reduziert werden, die Hydroxyl-Gruppe wird durch ein Wasserstoffatom ersetzt, es entstehen die Desoxy-Ribonukleotide.
Abbau der Basen
Von den Nucleosiden und Nucleotiden werden als erstes die Basen abgespalten. Diese werden zu Harnsäure oxidiert. Diese ist bei Landreptilien, Vögeln, vielen Insekten und Primaten das Endprodukt, das über den Harn ausgeschieden wird. Andere Tiere bilden aus der Harnsäure Allantoinsäure, Harnstoff oder Ammoniak.
Medizinische Bedeutung
Krankheiten
Je nach Ort der Störung im Purin-Stoffwechsel ergeben sich verschiedene Krankheitsbilder:
- Das Lesch-Nyhan-Syndrom ist auf eine Anhäufung von 5-P-Ribosyl-PP zurückzuführen, die zu einer übermäßigen Synthese von Purinen und damit auch zu einer Anhäufung von Harnsäure führt. Diese verursacht Gicht, geistige Behinderung und Verhaltensauffälligkeiten.
- Die Gicht ist eine Folge von Hyperurikäme, eine erhöhte Konzentration von Harnsäure im Blut (mehr als 0,4 mmol/l). Unterhalb dieser Konzentration stehen im Blut genügend Eiweiße zur Verfügung, um die in Wasser schwerlösliche Harnsäure zu transportieren und ihre Ausfällung zu verhindern. Ist der Hansäure-Wert zu hoch, reicht dieses Schutz-System nicht mehr aus und es kommt zu Ablagerungen in Gelenken, Sehnenscheiden und Nierenmark.
- SCID (schwerer kombinierter Immundefekt) ist auf eine 50fache Erhöhung der dATP-Konzentration zurückzuführen. Dadurch ist die empfindliche Balance in der Konzentration der DNA-Bausteine gestört und es kommt zu Störungen der DNA-Synthese, die vor allem die Zellen des Immunsystems (T- und B-Zellen) betrifft.
Medikamente
Purin-Derivate und Purin-Analoga spielen als Antimetaboliten eine Rolle: Azathioprin unterdrückt das Immunsystem, 8-Azaguanin, 6-Purinthiol und 6-Thioguanin werden gegen bestimmte Krebsformen eingesetzt, Allopurinol gegen Gicht. N-Hydroxy-Purin und Purin-N-Oxide wirken carcinogen.
Siehe auch: Harnsäure, Gicht, Lesch-Nyhan-Syndrom