Purina

La purina es un compuesto orgánico aromático heterocíclico que consta de dos anillos (pirimidina e imidazol) fusionados. Es soluble en agua. Purina también da su nombre a una clase más amplia de moléculas, purinas, que incluyen purinas sustituidas y sus tautómeros. Son los heterociclos que contienen nitrógeno más comunes en la naturaleza.

Fuentes dietéticas

Las purinas se encuentran en altas concentraciones en la carne y los productos cárnicos, especialmente en los órganos internos como el hígado y los riñones. En general, las dietas basadas en plantas son bajas en purinas. Las plantas y algas ricas en purinas incluyen algunas legumbres (lentejas y guisantes negros) y la espirulina. Ejemplos de fuentes ricas en purinas incluyen: mollejas, anchoas, sardinas, hígado, riñones de res, sesos, extractos de carne (por ejemplo, Oxo, Bovril), arenque, caballa, vieiras, carnes de caza, levadura (cerveza, extracto de levadura, levadura nutricional) y salsa

Una cantidad moderada de purina también se encuentra en carnes rojas, res, cerdo, aves, pescados y mariscos, espárragos, coliflor, espinacas, champiñones, guisantes, lentejas, guisantes secos, frijoles, avena, salvado de trigo, germen de trigo., y haws.

Bioquímica

Las purinas y las pirimidinas forman los dos grupos de bases nitrogenadas, incluidos los dos grupos de bases de nucleótidos. Las bases de purina son guanina (G) y adenina (A) que forman los correspondientes nucleósidos-desoxirribonucleósidos (desoxiguanosina y desoxiadenosina) con resto desoxirribosa y ribonucleósidos (guanosina, adenosina) con resto ribosa. Estos nucleósidos con ácido fosfórico forman los nucleótidos correspondientes (desoxiguanilato, desoxiadenilato y guanilato, adenilato) que son los componentes básicos del ADN y el ARN, respectivamente. Las bases de purina también juegan un papel esencial en muchos procesos metabólicos y de señalización dentro de los compuestos monofosfato de guanosina (GMP) y monofosfato de adenosina (AMP).

Para llevar a cabo estos procesos celulares esenciales, la célula necesita tanto purinas como pirimidinas, y en cantidades similares. Tanto la purina como la pirimidina se autoinhiben y activan. Cuando se forman las purinas, inhiben las enzimas necesarias para la formación de más purinas. Esta autoinhibición se produce porque también activan las enzimas necesarias para la formación de pirimidinas. La pirimidina se autoinhibe y activa simultáneamente la purina de manera similar. Debido a esto, hay casi la misma cantidad de ambas sustancias en la célula en todo momento.

Propiedades

La purina es tanto un ácido muy débil (pKa 8,93) como una base aún más débil (pKa 2,39). Si se disuelve en agua pura, el pH está a medio camino entre estos dos valores de pKa.

La purina es aromática y tiene cuatro tautómeros, cada uno con un hidrógeno unido a uno diferente de los cuatro átomos de nitrógeno. Estos se identifican como 1-H, 3-H, 7-H y 9-H (ver imagen del anillo numerado). La forma cristalina común favorece el tautómero 7-H, mientras que en los disolventes polares predominan los tautómeros 9-H y 7-H. Los sustituyentes de los anillos y las interacciones con otras moléculas pueden cambiar el equilibrio de estos tautómeros.

Purinas destacadas

Hay muchas purinas naturales. Incluyen las nucleobases adenina (2) y guanina (3). En el ADN, estas bases forman enlaces de hidrógeno con sus pirimidinas complementarias, timina y citosina, respectivamente. Esto se llama apareamiento de bases complementarias. En el ARN, el complemento de la adenina es uracilo en lugar de timina.

Otras purinas notables son la hipoxantina, la xantina, la teofilina, la teobromina, la cafeína, el ácido úrico y la isoguanina.

Funciones

Los núcleos principales de la purina.

Además de las funciones cruciales de las purinas (adenina y guanina) en el ADN y el ARN, las purinas también son componentes importantes en otras biomoléculas importantes, como ATP, GTP, AMP cíclico, NADH y coenzima A. Purina (1) en sí mismo, no se ha encontrado en la naturaleza, pero puede ser producido por síntesis orgánica.

También pueden funcionar directamente como neurotransmisores, actuando sobre los receptores purinérgicos. La adenosina activa los receptores de adenosina.

Historia

La palabra purina (orina pura) fue acuñada por el químico alemán Emil Fischer en 1884. La sintetizó por primera vez en 1898. El material de partida para la secuencia de reacción fue ácido úrico (8), que había sido aislado de cálculos renales por Carl Wilhelm Scheele en 1776. El ácido úrico (8) se hizo reaccionar con PCl5 para dar 2,6,8-tricloropurina (< b>10), que se convirtió con HI y PH4I para dar 2,6-diyodopurina (11). El producto se redujo a purina (1) usando polvo de zinc.

Metabolismo

Muchos organismos tienen vías metabólicas para sintetizar y descomponer las purinas.

Las purinas se sintetizan biológicamente como nucleósidos (bases unidas a la ribosa).

La acumulación de nucleótidos de purina modificados es defectuosa para varios procesos celulares, especialmente aquellos que involucran ADN y ARN. Para ser viables, los organismos poseen varias desoxipurina fosfohidrolasas, que hidrolizan estos derivados de purina eliminándolos de las reservas activas de NTP y dNTP. La desaminación de las bases de purina puede resultar en la acumulación de nucleótidos como ITP, dITP, XTP y dXTP.

Los defectos en las enzimas que controlan la producción y descomposición de las purinas pueden alterar gravemente las secuencias de ADN de una célula, lo que puede explicar por qué las personas que portan ciertas variantes genéticas de las enzimas metabólicas de las purinas tienen un mayor riesgo de padecer algunos tipos de cáncer.

Biosíntesis de purinas en los tres dominios de la vida

Los organismos en los tres dominios de la vida, eucariotas, bacterias y arqueas, pueden llevar a cabo la biosíntesis de purinas de novo. Esta capacidad refleja la esencialidad de las purinas para la vida. La ruta bioquímica de síntesis es muy similar en eucariotas y especies bacterianas, pero es más variable entre especies arqueales. Se determinó que un conjunto casi completo, o completo, de genes necesarios para la biosíntesis de purinas estaba presente en 58 de las 65 especies de arqueas estudiadas. Sin embargo, también se identificaron siete especies de arqueas con genes codificadores de purina completamente o casi completamente ausentes. Aparentemente, las especies de arqueas incapaces de sintetizar purinas pueden adquirir purinas exógenas para el crecimiento y, por lo tanto, son análogas a los mutantes de purina de los eucariotas, p. mutantes de purina del hongo Ascomycete Neurospora crassa, que también requieren purinas exógenas para su crecimiento.

Relación con la gota

Los niveles más altos de consumo de carne y mariscos se asocian con un mayor riesgo de gota, mientras que un mayor nivel de consumo de productos lácteos se asocia con una disminución del riesgo. La ingesta moderada de vegetales ricos en purinas o proteínas no está asociada con un mayor riesgo de gota. Se han encontrado resultados similares con el riesgo de hiperuricemia.

Síntesis de laboratorio

Además de la síntesis in vivo de purinas en el metabolismo de las purinas, también se pueden crear purinas artificialmente.

La purina (1) se obtiene con un buen rendimiento cuando la formamida se calienta en un recipiente abierto a 170 °C durante 28 horas.

Esta notable reacción y otras similares se han discutido en el contexto del origen de la vida.

Patentado el 20 de agosto de 1968, el método actualmente reconocido de producción de adenina a escala industrial es una forma modificada del método de formamida. Este método calienta la formamida en condiciones de 120 grados Celsius dentro de un matraz sellado durante 5 horas para formar adenina. La reacción aumenta considerablemente en cantidad mediante el uso de oxicloruro de fósforo (cloruro de fosforilo) o pentacloruro de fósforo como catalizador ácido y condiciones de luz solar o ultravioleta. Después de que hayan pasado las 5 horas y la solución de formamida-oxicloruro de fósforo-adenina se enfríe, se pone agua en el matraz que contiene la formamida y la adenina ahora formada. La solución de agua-formamida-adenina se vierte luego a través de una columna de filtración de carbón activado. Las moléculas de agua y formamida, al ser moléculas pequeñas, pasarán a través del carbón hacia el matraz de desecho; las moléculas grandes de adenina, sin embargo, se unirán o "absorberán" al carbón debido a las fuerzas de van der waals que interactúan entre la adenina y el carbono en el carbón. Debido a que el carbón vegetal tiene un área de superficie grande, es capaz de capturar la mayoría de las moléculas que pasan un cierto tamaño (más grandes que el agua y la formamida) a través de él. Para extraer la adenina de la adenina adsorbida en carbón, se vierte amoníaco gaseoso disuelto en agua (agua amoniacal) sobre la estructura de carbón activado-adenina para liberar la adenina en la solución de amoníaco-agua. Luego, la solución que contiene agua, amoníaco y adenina se deja secar al aire, y la adenina pierde solubilidad debido a la pérdida de gas amoníaco que previamente hizo que la solución fuera básica y capaz de disolver la adenina, lo que provocó que cristalizara en un polvo blanco puro. que se puede almacenar.

Oro, Orgel y colaboradores han demostrado que cuatro moléculas de HCN se tetramerizan para formar diaminomaleodinitrilo (12), que se puede convertir en casi todas las purinas naturales. Por ejemplo, cinco moléculas de HCN se condensan en una reacción exotérmica para producir adenina, especialmente en presencia de amoníaco.

La síntesis de purinas de Traube (1900) es una reacción clásica (llamada así por Wilhelm Traube) entre una pirimidina sustituida con amina y ácido fórmico.

Síntesis prebiótica de ribonucleósidos de purina

Para comprender cómo surgió la vida, es necesario conocer las vías químicas que permiten la formación de los componentes básicos de la vida en condiciones prebióticas plausibles. Nam et al. demostró la condensación directa de nucleobases de purina y pirimidina con ribosa para dar ribonucleósidos en microgotas acuosas, un paso clave que conduce a la formación de ARN. Además, Becker et al. presentaron un proceso prebiótico plausible para sintetizar ribonucleósidos de purina.