البيورينات: الخصائص ، الهيكل ، الوظائف - مادة الاحياء - 2026

و البيورينات من الناحية الهيكلية جزيئات مسطحة، الحلقية غير المتجانسة، التي شكلتها انصهار حلقتين: واحدة من ست ذرات وخمسة أخرى. الجزيئات الرئيسية التي تشمل البيورينات هي النيوكليوتيدات. هذه الأخيرة هي اللبنات الأساسية التي تشكل جزءًا من الأحماض النووية.

بالإضافة إلى مشاركتها في جزيئات الوراثة ، توجد البيورينات في الهياكل عالية الطاقة مثل ATP و GTP وجزيئات أخرى ذات أهمية بيولوجية ، مثل نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد ، نيكوتيناميد فوسفات الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NADPH) ، وأنزيم Q.

المصدر: Sponk

الخصائص والهيكل

يتكون هيكل البيورينات على النحو التالي: جزيء حلقية غير متجانسة ، مكون من حلقة بيريميدين وحلقة إيميدازول. من حيث عدد الذرات ، فإن الحلقات لها ست وخمس ذرات.

إنها جزيئات مسطحة تحتوي على النيتروجين. نجدهم يشكلون جزءًا من النيوكليوسيدات والنيوكليوتيدات. هذه الأخيرة هي اللبنات الأساسية للأحماض النووية: DNA و RNA.

في الثدييات ، توجد البيورينات بنسب أعلى في جزيئات الحمض النووي والحمض النووي الريبي ، وتحديداً مثل الأدينين والجوانين. نجدها أيضًا في جزيئات فريدة مثل AMP و ADP و ATP و GTP ، من بين أمور أخرى.

المميزات

- الكتل الهيكلية للأحماض النووية

الأحماض النووية مسؤولة عن تخزين المعلومات الجينية وتنظيم عملية تخليق البروتين. من الناحية الهيكلية ، فهي البوليمرات الحيوية التي تكون مونومراتها نيوكليوتيدات.

البيورينات جزء من النيوكليوتيدات

في النوكليوتيدات نجد ثلاثة مكونات: (1) مجموعة فوسفات ، (2) سكر خماسي الكربون و (3) قاعدة نيتروجينية ؛ السكر هو المكون المركزي للجزيء.

يمكن أن تكون القاعدة النيتروجينية بورين أو بيريميدين. البيورينات التي نجدها عادة في الأحماض النووية هي الجوانين والأدينين. كلاهما عبارة عن حلقات مكونة من تسع ذرات.

تشكل البيورينات روابط جليكوسيدية مع الريبوز عبر النيتروجين في الموضع 9 والكربون 1 من السكر.

إن ذاكري الأنجلو ساكسوني الذي يجب تذكره أن البيورينات بها تسع ذرات هو أن كلا المصطلحين الإنجليز أدينين وجوانين لهما الكلمة تسعة ، مما يعني تسعة.

البيورينات لا تتزاوج مع بعضها البعض

يتطلب الحلزون المزدوج للحمض النووي اقترانًا أساسيًا. بسبب العائق الفاصل (أي مخاوف الحجم) ، لا يمكن إقران البيورين مع البيورين الآخر.

في ظل الظروف العادية ، أزواج الأدينين البيورين مع بيريميدين الثايمين (A + T) والبيورين غوانين مع بيريميدين السيتوزين (G + C). تذكر أن البيريميدينات عبارة عن جزيئات مسطحة تتكون من حلقة واحدة ، وبالتالي فهي أصغر. يُعرف هذا النمط بقاعدة Chargaff.

لا تتكون بنية جزيء الحمض النووي الريبي من حلزون مزدوج ، ولكن مع ذلك نجد نفس البيورينات التي ذكرناها في الحمض النووي. القواعد النيتروجينية التي تختلف بين كلا الجزيئين هي البيريميدين.

- جزيئات تخزين الطاقة

نوكليوزيد ثلاثي الفوسفات ، وخاصة ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) ، عبارة عن جزيئات غنية بالطاقة. تستخدم الغالبية العظمى من التفاعلات الكيميائية في عملية التمثيل الغذائي الطاقة المخزنة في ATP.

الروابط بين الفوسفات ذات طاقة عالية ، حيث تتنافر العديد من الشحنات السالبة معًا وتفضل تكسيرها. الطاقة المنبعثة هي تلك التي تستخدمها الخلية.

بالإضافة إلى ATP ، البيورينات هي مكونات جزيئات ذات أهمية بيولوجية مثل نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد ، نيكوتيناميد فوسفات الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NADPH) وأنزيم Q.

- النواقل العصبية

أظهرت العديد من الدراسات أن البيورينات تعمل كجزيئات إشارة عبر الخلايا الدبقية في الجهاز العصبي المركزي.

يمكن أيضًا العثور على البيورينات كجزء من هياكل تسمى النيوكليوسيدات. إنها تشبه إلى حد كبير النيوكليوتيدات ، لكنها تفتقر إلى مجموعة الفوسفات.

النيوكليوسيدات لها نشاط بيولوجي قليل الصلة. ومع ذلك ، نجد استثناءً واضحًا للغاية في الثدييات: الأدينوزين. هذا الجزيء له وظائف متعددة ، ويشارك في تنظيم العمليات في الجهاز العصبي والقلب والأوعية الدموية ، من بين أمور أخرى.

إن عمل الأدينوزين في تنظيم النوم معروف جيدًا. في الدماغ ، نجد عدة مستقبلات لهذا النوكليوزيد. يرتبط وجود الأدينوزين بالإحساس بالتعب.

استقلاب البيورين

نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة

يبدأ تخليق البيورين مع العمود الفقري للريبوز 5-فوسفات. إن إنزيم فسفوريبوزيل بيروفوسفات سينثيتاز مسؤول عن تحفيز إضافة بيروفوسفات.

بعد ذلك ، يعمل إنزيم الجلوتامين- PRPP بين إنزيم ترانسفيراز أو ميدوفوسفوريبوزيل ترانسفيراز ، مما يحفز التفاعل بين PRPP (اختصار لتعيين المركب المنتج في الخطوة السابقة ، فسفوريبوزيل بيروفوسفات) والجلوتامين لتشكيل المنتج 5-فوسفوريبوزيل أمين.

يعمل المركب الأخير بمثابة العمود الفقري لسلسلة من الإضافات الجزيئية ، والخطوة الأخيرة منها هي تكوين أحادي فوسفات الإينوزين ، اختصارًا IMP.

يمكن لـ IMP متابعة تحويل AMP أو GMP. يمكن فسفرة هذه الهياكل لإنشاء جزيئات عالية الطاقة ، مثل ATP أو GTP. يتكون هذا المسار من 10 تفاعلات إنزيمية.

بشكل عام ، تعتمد عملية تخليق البيورين بشكل كبير على الطاقة ، مما يتطلب استهلاك جزيئات ATP متعددة. يحدث تخليق دي نوفو البيورين في الغالب في سيتوبلازم خلايا الكبد.

متطلبات النظام الغذائي

يتم إنتاج كل من البيورينات والبيريميدينات بكميات كافية في الخلية ، لذلك لا توجد متطلبات أساسية لهذه الجزيئات في النظام الغذائي. ومع ذلك ، عند استهلاك هذه المواد ، يتم إعادة تدويرها.

الأمراض المرتبطة باستقلاب البيورين: النقرس

داخل الخلية ، إحدى نتائج عملية التمثيل الغذائي للقواعد النقية هي إنتاج حمض البوليك (C ₅ H ₄ N ₄ O ₃) ، بسبب عمل إنزيم يسمى زانثين أوكسيديز.

في الشخص السليم ، من الطبيعي أن تجد مستويات منخفضة من حمض البوليك في الدم والبول. ومع ذلك ، عندما ترتفع هذه القيم الطبيعية ، تتراكم هذه المادة تدريجيًا في مفاصل الجسم وفي بعض الأعضاء ، مثل الكلى.

يعد تكوين النظام الغذائي عاملاً محددًا في إنتاج النقرس ، حيث إن تناول العناصر الغنية بالبيورينات (الكحول واللحوم الحمراء والمأكولات البحرية والأسماك وغيرها) يمكن أن يؤدي بدوره إلى زيادة تركيز حمض اليوريك.

من أعراض هذه الحالة احمرار المناطق المصابة وألم شديد. وهو أحد أنواع التهاب المفاصل الذي يصيب المرضى نتيجة تراكم البلورات الدقيقة.

المراجع

1. ألبرتس ، بي ، براي ، دي ، هوبكين ، كيه ، جونسون ، إيه دي ، لويس ، جيه ، راف ، إم ،… و والتر ، بي (2013). بيولوجيا الخلية الأساسية. علوم جارلاند.
2. Borea ، PA ، Gessi ، S. ، Merighi ، S. ، Vincenzi ، F. ، & Varani ، K. (2018). علم الأدوية لمستقبلات الأدينوزين: أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا. المراجعات الفسيولوجية، 98 (3) ، 1591-1625.
3. برادي ، س. (2011). الكيمياء العصبية الأساسية: مبادئ البيولوجيا العصبية الجزيئية والخلوية والطبية. الصحافة الأكاديمية.
4. Cooper ، GM ، & Hausman ، RE (2007). الخلية: نهج جزيئي. واشنطن العاصمة ، سندرلاند ، ماساتشوستس.
5. ديفلين ، TM (2004). الكيمياء الحيوية: كتاب مدرسي مع التطبيقات السريرية. أنا عكس.
6. Firestein، GS، Budd، R.، Gabriel، SE، McInnes، IB، & O'Dell، JR (2016). كتاب كيلي وفايرستين الكتاب الإلكتروني لأمراض الروماتيزم. العلوم الصحية Elsevier.
7. غريفيث ، AJ (2002). التحليل الجيني الحديث: دمج الجينات والجينوم. ماكميلان.
8. Griffiths، AJ، Wessler، SR، Lewontin، RC، Gelbart، WM، Suzuki، DT، & Miller، JH (2005). مقدمة في التحليل الجيني. ماكميلان.
9. كولمان ، ج. ، وروم ، كيه إتش (2005). الكيمياء الحيوية: نص وأطلس. عموم أمريكا الطبية Ed.
10. Mikhailopulo، IA، & Miroshnikov، AI (2010). الاتجاهات الجديدة في التكنولوجيا الحيوية للنيوكليوزيد. اكتا ناتوراي 2 (5).
11. باسارج ، إي (2009). نص علم الوراثة والأطلس. عموم أمريكا الطبية Ed.
12. بيلي ، جي دبليو (2007). الكيمياء الحيوية المتكاملة إلسفير. موسبي.
13. سيجل ، جي جي (1999). الكيمياء العصبية الأساسية: الجوانب الجزيئية والخلوية والطبية. ليبينكوت رافين.