嘌呤

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嘌呤(purine),一類由一個嘧啶環和一個咪唑環稠合而成的雜環化合物,是合成核酸的主要成分。嘌呤本身不存在於自然界中,但其衍生物腺嘌呤鳥嘌呤次黃嘌呤在生物體中大量存在。它們主要與核糖脫氧核糖形成9-糖苷,並與磷酸生成核苷酸而存在於機體。腺嘌呤和鳥嘌呤與胸腺嘧啶胞嘧啶是構成 DNARNA 分子的四種鹼基。這四種鹼基的順序即組成生物遺傳密碼。次黃嘌呤和黃嘌呤是嘌呤合成和分解代謝中的重要中間產物。此外,還有一些甲基化的嘌呤衍生物存在。三磷酸腺苷(ATP)幾乎是生物組織能夠直接利用的唯一能源。一些植物鹼輔酶中亦含有嘌呤化合物。可見,嘌呤化合物在生命現象中具有非常重要的作用。幾乎所有生物都能合成嘌呤化合物。分解代謝中,嘌呤核苷酸被水解成腺嘌呤和鳥嘌呤,它們或者經回收途徑重新合成嘌呤核苷酸,或經脫氨作用而生成黃嘌呤,再氧化尿酸排出。嘌呤代謝紊亂,會引起尿酸含量升高而導致痛風。許多天然嘌呤的類似物在臨床上用作抗腫瘤藥。天然咖啡鹼退熱藥的成分之一。

目錄

分布

嘌呤鹼廣泛存在於所有生物中。其中腺嘌呤及鳥嘌呤是所有核酸的基本組份。在生物體中,還有次黃嘌呤、黃嘌呤及它們的進一步氧化物尿酸。在一些核糖核酸分子中還可發現某些甲基化的嘌呤衍生物。除了這些與戊糖和磷酸構成核苷酸分子的嘌呤鹼外,在咖啡茶葉中還存在咖啡鹼(1,7-二甲基黃嘌呤)及可口鹼(3,7-二甲基黃嘌呤)。

化學結核及理化性質

嘌呤為無色晶體,熔點為217℃,微溶於水,其水溶液呈中性,但卻能與酸或鹼生成鹽,並且有酮式和烯醇式的互變異構作用。在生理pH值條件下主要以酮式存在。嘌呤鹼強烈吸收波長為250~280nm的紫外光。

生物功能及其機制

生物體中次黃嘌呤、腺嘌呤和鳥嘌呤主要與核糖或2-脫氧核糖生成9-糖苷,分別稱作次黃苷(肌苷)、腺苷或鳥苷。它們在磷酸化後生成核苷酸,與嘧啶核苷酸一起聚合成核酸。腺嘌呤、鳥嘌呤及兩種嘧啶化合物同為組成遺傳密碼的「字母」,與遺傳信息的貯存及複製有關,並指導蛋白質生物合成。腺嘌呤的三磷酸化合物稱5'-三磷酸腺苷(ATP),每分子ATP含有兩個高能磷酸鍵,是機體中主要高能化合物,為許多生理及生物化學作用的能量來源。

生物合成及代謝功能

幾乎所有生物都能從簡單化合物合成嘌呤化合物。嘌呤鹼的合成一開始即沿著合成核苷酸的途徑進行。先由核糖與磷酸合成5'-磷酸核糖,又經一系列酶促反應生成中間產物5'-磷酸次黃嘌呤核苷酸(IMP),然後再經氨基化而生成5'-磷酸腺苷(AMP)和5'-磷酸鳥苷(GMP)。細胞內的嘌呤核苷酸在分解代謝中,被水解為腺嘌呤和鳥嘌呤,再經脫氨基作用生成次黃嘌呤和黃嘌呤。它們既可以在腺嘌呤磷酸核糖轉移酶(APRT)或次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶 (HGPRT)作用下,經回收合成途徑而被細胞重新利用,亦可進一步氧化為尿酸排出。從核酸、核苷酸、核苷逐步降解而來的自由嘌呤鹼有一部分重新利用來合成核苷酸及核酸,這樣比從5-磷酸核糖開始一步一步合成簡單經濟得多,因此這種將代謝中形成的化合物用於生物合成的途徑稱為回收合成途徑。除靈長目外的動物體中,尿酸還會進一步被氧化成尿囊素後方才被排出。

細胞中各種分解代謝,主要是糖酵解三羧酸循環,所產生的能量大部分用於一磷酸腺苷 (AMP)的磷酸化以生成ATP,從而將能量儲存為高能磷酸鍵。ATP幾乎是生物組織細胞能夠直接利用的唯一能源。幾種維生素煙酸、 遍多酸(泛酸)及核黃素維生素B2)的活化形式也是含有磷酸腺苷的核苷酸。

臨床代謝紊亂和醫藥用途

嘌呤化合物分解代謝發生紊亂,就會使血清和組織中尿酸含量升高或過少(見嘌呤代謝紊亂及痛風)。

大量的嘌呤類化合物已用作化學治療藥物。這些化合物通常是天然嘌呤的類似物,可干擾或阻斷核苷酸及核酸合成,從而抑制腫瘤細胞的生長,臨床上用作抗腫瘤藥物。如6-巰基嘌呤8-氮雜鳥嘌呤等。另一類嘌呤類似物則能阻斷次黃苷酸的生物合成及次黃嘌呤和黃嘌呤氧化為尿酸的過程,防止尿酸的過量產生,可用於治療痛風。這類藥物以別嘌呤醇為主,它是次黃嘌呤的類似物。天然的咖啡鹼對人體有興奮、利尿作用,是常用退熱藥 APC中的成分之一。對於萊施-尼漢二氏症候群,開始應用基因診斷的手段,檢測胎兒中HGPRT基因的異常,從而及早終止妊娠,防止患兒的出生。

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