Purina

Purina é um composto orgânico aromático heterocíclico que consiste em dois anéis (pirimidina e imidazol) fundidos. É solúvel em água. A purina também dá nome à classe mais ampla de moléculas, purinas, que inclui as purinas substituídas e seus tautômeros. Eles são os heterociclos contendo nitrogênio que ocorrem mais amplamente na natureza.

Fontes alimentares

As purinas são encontradas em alta concentração em carnes e derivados, especialmente órgãos internos como fígado e rins. Em geral, as dietas à base de plantas são baixas em purinas. Plantas e algas com alto teor de purina incluem algumas leguminosas (lentilhas e feijão-fradinho) e espirulina. Exemplos de fontes com alto teor de purina incluem: pães doces, anchovas, sardinhas, fígado, rins bovinos, cérebros, extratos de carne (por exemplo, Oxo, Bovril), arenque, cavala, vieiras, carnes de caça, fermento (cerveja, extrato de fermento, fermento nutricional) e molho.

Uma quantidade moderada de purina também está contida na carne vermelha, bovina, suína, aves, peixes e frutos do mar, aspargos, couve-flor, espinafre, cogumelos, ervilhas, lentilhas, ervilhas secas, feijões, farinha de aveia, farelo de trigo, gérmen de trigo, e haws.

Bioquímica

Purinas e pirimidinas constituem os dois grupos de bases nitrogenadas, incluindo os dois grupos de bases nucleotídicas. As bases purínicas são guanina (G) e adenina (A) que formam correspondentes nucleosídeos-desoxirribonucleosídeos (desoxiguanosina e desoxiadenosina) com a porção desoxirribose e ribonucleosídeos (guanosina, adenosina) com a porção ribose. Esses nucleosídeos com ácido fosfórico formam os nucleotídeos correspondentes (desoxiguanilato, desoxiadenilato e guanilato, adenilato) que são os blocos de construção do DNA e do RNA, respectivamente. As bases purínicas também desempenham um papel essencial em muitos processos metabólicos e de sinalização dentro dos compostos monofosfato de guanosina (GMP) e monofosfato de adenosina (AMP).

Para realizar esses processos celulares essenciais, tanto as purinas quanto as pirimidinas são necessárias para a célula, e em quantidades semelhantes. Tanto a purina quanto a pirimidina são autoinibidoras e ativadoras. Quando as purinas são formadas, elas inibem as enzimas necessárias para a formação de mais purinas. Essa auto-inibição ocorre porque eles também ativam as enzimas necessárias para a formação da pirimidina. A pirimidina simultaneamente auto-inibe e ativa a purina de maneira semelhante. Por causa disso, há quase uma quantidade igual de ambas as substâncias na célula o tempo todo.

Propriedades

A purina é um ácido muito fraco (pKa 8,93) e uma base ainda mais fraca (pKa 2,39). Se dissolvido em água pura, o pH fica a meio caminho entre esses dois valores de pKa.

A purina é aromática, tendo quatro tautômeros cada um com um hidrogênio ligado a um diferente dos quatro átomos de nitrogênio. Eles são identificados como 1-H, 3-H, 7-H e 9-H (veja a imagem do anel numerado). A forma cristalina comum favorece o tautômero 7-H, enquanto em solventes polares predominam os tautômeros 9-H e 7-H. Substituintes nos anéis e interações com outras moléculas podem alterar o equilíbrio desses tautômeros.

Purinas notáveis

Existem muitas purinas que ocorrem naturalmente. Eles incluem as nucleobases adenina (2) e guanina (3). No DNA, essas bases formam pontes de hidrogênio com suas pirimidinas complementares, timina e citosina, respectivamente. Isso é chamado de emparelhamento de bases complementares. No RNA, o complemento da adenina é uracilo em vez de timina.

Outras purinas notáveis são hipoxantina, xantina, teofilina, teobromina, cafeína, ácido úrico e isoguanina.

Funções

As principais nucleobases derivadas da purina.

Além dos papéis cruciais das purinas (adenina e guanina) no DNA e no RNA, as purinas também são componentes significativos em várias outras biomoléculas importantes, como ATP, GTP, AMP cíclico, NADH e coenzima A. Purina (1), não foi encontrado na natureza, mas pode ser produzido por síntese orgânica.

Eles também podem funcionar diretamente como neurotransmissores, atuando sobre os receptores purinérgicos. A adenosina ativa os receptores de adenosina.

História

A palavra purina (urina pura) foi cunhada pelo químico alemão Emil Fischer em 1884. Ele a sintetizou pela primeira vez em 1898. O material de partida para o A sequência da reação foi o ácido úrico (8), que havia sido isolado de cálculos renais por Carl Wilhelm Scheele em 1776. O ácido úrico (8) reagiu com PCl5 para dar 2,6,8-tricloropurina (10), que foi convertido com HI e PH4I para dar 2,6-diiodopurina (11). O produto foi reduzido a purina (1) usando pó de zinco.

Metabolismo

Muitos organismos têm vias metabólicas para sintetizar e quebrar as purinas.

As purinas são biologicamente sintetizadas como nucleosídeos (bases ligadas à ribose).

O acúmulo de nucleotídeos purínicos modificados prejudica vários processos celulares, principalmente os que envolvem DNA e RNA. Para serem viáveis, os organismos possuem várias fosfohidrolases desoxipurinas, que hidrolisam esses derivados de purina, removendo-os dos pools ativos de NTP e dNTP. A desaminação das bases purinas pode resultar no acúmulo de nucleotídeos como ITP, dITP, XTP e dXTP.

Defeitos nas enzimas que controlam a produção e quebra de purina podem alterar gravemente as sequências de DNA de uma célula, o que pode explicar por que as pessoas que carregam certas variantes genéticas de enzimas metabólicas de purina têm um risco maior de alguns tipos de câncer.

Biossíntese de purinas nos três domínios da vida

Os organismos em todos os três domínios da vida, eucariotos, bactérias e archaea, são capazes de realizar a biossíntese de purinas de novo. Essa capacidade reflete a essencialidade das purinas para a vida. A via bioquímica de síntese é muito semelhante em eucariotos e espécies bacterianas, mas é mais variável entre as espécies arqueais. Foi determinado que um conjunto quase completo ou completo de genes necessários para a biossíntese de purina está presente em 58 das 65 espécies arqueológicas estudadas. No entanto, também foram identificadas sete espécies de archaea com genes codificadores de purina totalmente ou quase totalmente ausentes. Aparentemente, as espécies archaea incapazes de sintetizar purinas são capazes de adquirir purinas exógenas para crescimento, e são, portanto, análogas às purinas mutantes de eucariotas, e. mutantes de purina do fungo Ascomiceto Neurospora crassa, que também requerem purinas exógenas para crescimento.

Relação com gota

Níveis mais altos de consumo de carne e frutos do mar estão associados a um risco aumentado de gota, enquanto um nível mais alto de consumo de produtos lácteos está associado a um risco reduzido. A ingestão moderada de vegetais ou proteínas ricos em purina não está associada a um risco aumentado de gota. Resultados semelhantes foram encontrados com o risco de hiperuricemia.

Síntese laboratorial

Além da síntese in vivo de purinas no metabolismo das purinas, as purinas também podem ser criadas artificialmente.

A purina (1) é obtida com bom rendimento quando a formamida é aquecida em um recipiente aberto a 170 °C por 28 horas.

Esta reação notável e outras semelhantes foram discutidas no contexto da origem da vida.

Patenteado em 20 de agosto de 1968, o método atualmente reconhecido de produção em escala industrial de adenina é uma forma modificada do método da formamida. Este método aquece formamida sob condições de 120 graus Celsius dentro de um frasco selado por 5 horas para formar adenina. A reação é fortemente aumentada em quantidade usando um oxicloreto de fósforo (cloreto de fosforil) ou pentacloreto de fósforo como um catalisador ácido e luz solar ou condições ultravioleta. Passadas as 5 horas e a solução de formamida-oxicloreto de fósforo-adenina esfriada, coloca-se água no frasco contendo a formamida e a adenina agora formada. A solução de água-formamida-adenina é então vertida através de uma coluna de filtragem de carvão ativado. As moléculas de água e formamida, por serem moléculas pequenas, passarão pelo carvão e irão para o frasco de descarte; as grandes moléculas de adenina, no entanto, irão se ligar ou “adsorver” ao carvão devido às forças de van der waals que interagem entre a adenina e o carbono no carvão. Como o carvão tem uma grande área de superfície, é capaz de capturar a maioria das moléculas que passam por um determinado tamanho (maior que a água e a formamida). Para extrair a adenina da adenina adsorvida ao carvão, o gás amônia dissolvido em água (água amônia) é derramado sobre a estrutura de carvão ativado-adenina para liberar a adenina na solução amônia-água. A solução contendo água, amônia e adenina é então deixada para secar ao ar, com a adenina perdendo solubilidade devido à perda do gás amônia que anteriormente tornava a solução básica e capaz de dissolver a adenina, fazendo com que ela cristalizasse em um pó branco puro que podem ser armazenados.

Oro, Orgel e colegas de trabalho mostraram que quatro moléculas de HCN tetramerizam para formar diaminomaleodinitrila (12), que pode ser convertida em quase todas as purinas de ocorrência natural. Por exemplo, cinco moléculas de HCN condensam em uma reação exotérmica para produzir adenina, especialmente na presença de amônia.

A Síntese de purina de Traube (1900) é uma reação clássica (em homenagem a Wilhelm Traube) entre uma pirimidina substituída por amina e ácido fórmico.

Síntese prebiótica de ribonucleosídeos purínicos

Para entender como a vida surgiu, é necessário conhecer as vias químicas que permitem a formação dos principais blocos de construção da vida em condições pré-bióticas plausíveis. Nam et al. demonstraram a condensação direta de nucleobases de purina e pirimidina com ribose para dar ribonucleosídeos em microgotículas aquosas, uma etapa chave que leva à formação de RNA. Além disso, um processo prebiótico plausível para sintetizar ribonucleosídeos de purina foi apresentado por Becker et al.