嘌呤

新陈代谢过程中的一种代谢物

嘌呤[lìng](Purine)是一种 有机化合物 ,其 化学式 为C₅H₄N₄,是生物体内重要的 碱基 。 嘌呤环存在着两种 互变异构体 ,有着较多特殊性质。 嘌呤碱基 起到重要的生理功能,其来源主要通过食物摄入和 细胞 自行合成。 其中人体内的嘌呤合成有两种途径,即 从头合成 途径和补救合成途径, 而分解过程则具有多样性,不同生物代谢的具体途径和最终产物是不同的。 嘌呤有尿酸、 黄嘌呤 、腺嘌呤和鸟嘌呤等重要 衍生物 , 依据食物中的嘌呤含量将食物分为 低嘌呤食物 、中低嘌呤食物、中 高嘌呤食物 和超高嘌呤食物等四类,在生物体的生命过程中起到重要作用。

概念简述

嘌呤是由密 环和 咪唑 [zuò]环稠合而成的 杂环化合物 。嘌呤杂环存在于 蛋白质 和 核酸 中,在生命过程中起着非常重要的作用,是一种必须的 生物活性 物质,能促进机体的蛋白质和 脱氧核糖核酸 的合成,同时也是一种 代谢中间产物 , 例如,核酸中的两种 碱基 ,腺嘌呤和鸟嘌呤都是嘌呤衍生物的一种。嘌呤 衍生物 在自然界中是非常常见的,比如 咖啡因 ( Caffeine )、茶碱(Theophylline)和 可可碱 ( Theobromine )等都含有嘌呤环系。

结构和性质

分子结构

嘌呤的稠合方式为 咪唑 并 [4,5-d] 嘧啶 [mì dìng],由于有咪唑环,嘌呤环存在着互变异构现象,有7 H -嘌呤、9 H -嘌呤两种 互变异构体 , 在生物体中9 H -嘌呤占优势,药物中7 H -嘌呤占优势。

性质

嘌呤是无色 晶体 , 沸点 216~217℃,能够在水和 乙醇 中溶解,但在无 极性 的有机 溶剂 中不易溶解。嘌呤是 弱酸 或弱碱性的,因此可以与 强酸 、 强碱 形成盐。 它的 水溶液 是中性的,自然界中没有纯嘌呤环,在动物和植物身上普遍含有大量的嘌呤类化合物。

嘌呤的酸性大于 咪唑 ,碱性大于 嘧啶 ,但由于 嘧啶环 对咪唑环的电子 吸附 作用较强,提高了咪唑环氮上氢的酸性,降低了碱性,故嘌呤的酸性比咪唑弱得多。嘌呤环中存在一种封闭的 共轭 [è]结构,具有 芳香性 ,但因其上含有许多高 电负性 的 氮 ,使其上的 电子 云团浓度大幅下降,因此,很少能使其产生亲电性的替代,而更易于产生亲核性的替代。

重要生理功能

(1) 核酸 分子的组成部分 。嘌呤是一种重要的 生物活性 物质,是 核酸 的重要成分,和密啶 核苷酸 一起构成核酸分子生物基本结构单元。

(2) 重要的能源物质。 atp ( 三磷酸腺 )、 ADP ( 二磷酸腺苷 )都是 细胞 的主要能量形式,在生物体 新陈代谢 中扮演着非常关键的角色。

(3) 重要的信使分子。 环磷酸腺苷 和 cGMP 是重要的第二信使分子,在许多 细胞膜受体 激素的影响下,充当中介作用。

(4) 某些活性 基团 的载体。 S-腺苷 甲硫氨酸 是甲硫氨酸循环中的重要中间活性代谢物,在密啶的合成中起重要作用。

(5) 参与组成某些 辅酶 。 许多主要的辅助酶都是由腺 核苷 构成的,比如 辅酶A 、辅酶Ⅰ、Ⅱ和黄素腺嘌呤辅酶等,这些辅酶在机体的重要物质代谢中起重要作用。

人体中的嘌呤来源

含嘌呤的食物

食品中的 核酸 大部分都是以 核蛋白 的形态出现,消化过程中被 胃酸 分解成 蛋白质 和核酸。在 小肠 内,由肠液和 胰液 中的核酸酶催化作用,使其逐渐 水解 形成 单 核苷酸 。单核苷酸和核苷都能被 细胞 吸收,而大部分的核苷则会在细胞中继续被水解,产生自由的 碱基 和 核糖 。碱基也会被进一步的氧化,最后形成一种被称为尿酸的物质。食物来源的嘌呤主要是产生大量的尿酸,占体内嘌呤来源的极小比例。

细胞自行合成

机体中的各个重要生理功能所需的 嘌呤碱基 主要由人体内细胞通过多种途径自行合成,并以此为嘌呤主要来源。人体内的嘌呤合成有两种途径,即 从头合成 途径和补救合成途径。 同时,人体内嘌呤的合成是以合成 嘌呤核苷酸 的方式进行的,而并非先合成单一的嘌呤碱基,再与磷酸 核糖 连接。

合成相关

嘌呤是一种 有机合成 中间体 ,作为一种重要的 化学 原料,其市场需求巨大,嘌呤在合成嘌呤核苷酸的途径中产生,除自然界中生物体内含有嘌呤外,在实验室中也可以用人工合成的方式获得相应的嘌呤类物质。

甲酰胺合成法

在特定的反应条件下, 甲酰胺 是合成嘌呤和 嘧啶 衍生物 的一种可能的前生物 底物 ,并且在提高产率和改变反应产物分布方面可能发挥了主要作用。研究表明,当在高温下处理时,纯甲 胺可以直接合成嘌呤。例如在 碳酸钙 和不同的 无机 氧化物 ,即 二氧化硅 、铝、 高岭土 和 沸石 (Y型)的存在下,以这些物质为 催化剂 ,利用纯甲酰胺可以进行天然嘌呤、腺嘌呤、 胞嘧啶 和4(3H)- 啶 的合成。在基于 氰化氢 [qíng huà qīng](HCN)的 化学 合成方案中, 甲酰胺 也是合成核碱的潜在添加剂。

氰化氢合成法

化氢 溶液中发生聚合反应得到的 中间体 包括一个非常活泼的 三聚体 , 氨基 咪唑 ,以及一个相对稳定的 四聚体 , 二氨基顺丁烯二腈 [jīng]。再将二氨基马来 通过光 化学 重排或与 甲脒 [mǐ]反应转化为4-氨基 咪唑- 5- 氰气 及相关化合物,通过一系列化学处理,这些咪唑 衍生物 很容易转化为嘌呤及其相关衍生物,包括 6-氨基嘌呤 ,鸟嘌呤和 次黄嘌呤 等。利用 氰化氢 溶液进行的嘌呤合成反应中,生成 甲酰胺 和 甲酸 的 水解 是 一级反应 ,而生成C-C键的聚合反应是二级反应,这部分反应对合成嘌呤有着重要作用。为了得到更多的嘌呤相关产物,应该在pH值为 8~9,温度为 0~60℃ 的条件下进行反应,并通过浓缩 氢氰酸 水溶液 ,有效促进聚合反应。

分解代谢

腺嘌呤 需要在酶作用下,脱去 氨基 成为次黄嘌呤 核苷 ,再受核苷 磷酸化 酶催化分解成 核糖 1-磷酸和 次黄嘌呤 。 次 黄嘌呤 在酶的 催化 下,先氧化成 黄嘌呤 ,然后氧化成尿酸,鸟嘌呤会脱氨生成黄嘌呤,而黄嘌呤则会被氧化为尿酸。

肝脏、 小肠 和肾脏是人体内 嘌呤代谢 的主要部位, 最终产物是尿酸。在部分 哺乳动物 中,尿酸被进一步氧化成 尿囊素 。植物体内嘌呤分解主要发生在衰老叶片和储藏 胚乳 的组织内。微生物分解嘌呤最终生成氨、 二氧化碳 以及一些 有机酸 。

重要衍生物

尿酸

尿酸(2,6,8-三 羟基 [qiǎng jī]嘌呤)存在于部分动物排泄物中,在人类体内也含有少量,有如右图 互变异构体 。 尿酸为 白色晶体 ,在水中不易溶解,呈微酸性,可与酸或碱性形成盐类。尿酸是一种通过尿液排泄出来的嘌呤类化合物,当人体的 嘌呤代谢 出现异常时,血液和尿液中的 尿酸值 升高,其浓度过高时,会在关节处沉淀。

黄嘌呤

黄嘌呤 (2,6-二 羟基- 7 H -嘌呤)有两种互变异构形式,衍生物通常以酮的方式出现,主要见于茶叶、动物体内等。黄嘌呤是一种难溶解于水中的浅黄色粉末,同时具有酸性和碱性,其 甲基 衍生物 在自然界中分布很广,由CH 3 代替 氮 上的氢,产生了三个衍生物: 咖啡因 、茶碱、 可可碱 。

腺嘌呤和鸟嘌呤

腺嘌呤(6- 氨基嘌呤 )是一种 熔点 为261-263℃的 白色晶体 状粉末,溶解于沸水及 氢氧化钠 中,在 稀盐酸 中微溶解,不溶于 三氯甲烷 [wán]和 乙醇 ,存在于茶叶和 甜菜汁 等食物中。其主要成份为 脱氧核糖核酸 中的一种,可促进 白细胞 增殖,提高白细胞数量。其为 核酸 的主要成分之一,参与基因合成,可促进白细胞增殖,提高白细胞数量。

鸟嘌呤(2- 氨基 6- 羟基 嘌呤)是一种白色 晶体 或非晶体状的粉末,在 氨水 、碱和稀酸水中易于溶解,在 酒精 和 乙醚 中微溶,在水中不溶解,在360℃左右时会发生降解。它是构成核酸的一个 碱基 ,与 腺嘌呤 一起出现于 遗传物质 DNA和 核糖核酸 中,起着非常关键的生理作用。 腺嘌呤和鸟嘌呤都具有互异构型,且由稳定的酮式为主要的结构。

食物中的嘌呤含量

嘌呤含量分类

根据食物嘌呤含量不同,将食物分为四类。

食物嘌呤等级表

以下是部分日常生活中的常见食品每百克嘌呤含量,单位以毫克表示,含量从左边到右边,从上面到下面依次增大。

嘌呤含量分布规律

植物性食品嘌呤含量明显低于动物性食物,嘌呤含量较高的植物性食物主要为干豆、 菌菇 等。动物内脏及水分含量低的食物中,嘌呤含量显著增高。牲畜体内的嘌呤含量以猪肝脏为最多,而在 禽类 肝脏中以鸭肝脏为最多。与肉类和肉制品类相比,海鲜类产品的嘌呤水平较高,在贝壳和虾类中食品,其嘌呤的水平显著提高高于鱼蟹类。

健康危害

高尿酸血症

尿酸是人体内 嘌呤代谢 的最终产物,主要由 细胞 代谢分解及食物中的嘌呤经酶的作用分解而来。 过多摄入或合成嘌呤将加速其分解过程,导致尿酸在血液中含量增加,若 血尿酸 浓度大于规定数值,被称为高尿酸血症,这是由于体内嘌呤代谢紊乱所导致的。

痛风

高尿酸血症并不等同于痛风,因为个体的不同,尽管体内的 尿酸值 出现不正常的增高现象,但是它并不会导致痛风或其它的症状。只有出现尿酸盐结晶沉积、 关节炎 或肾病、 肾结石 时,才能认为患上痛风症。痛风与人体的 嘌呤代谢 失调有关,尿酸的浓度超出了人体的 溶解度 ,尿酸 钠盐 就会析出、沉淀在关节腔中,引起关节的炎症。

参考资料

  1. Purine chemspider 2023-03-03
  2. 最全食物嘌呤等级表来了 今日头条 2023-01-28
  3. 食物的嘌呤含量有规律 今日头条 2023-01-21
  4. 2023-02-10
  5. 2023-02-22
  6. 2023-02-22
  7. 最全食物嘌呤等级表来了!快转给身边痛风的朋友 今日头条 2023-01-28