Пуриновые основания – это вещества, которые образуются в организме человека в основном из низкомолекулярных предшественников - продуктов метаболизма углеводов и белков. Они играют важную роль в построении дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот, несущих в себе генетическую информацию. Различные нарушения обмена пуринов приводят к тяжелым расстройствам здоровья.
Описание
Пуриновые основания – это производные пурина, органические природные соединения. Наиболее известными и распространенными из них являются аденин, гуанин, кофеин, теобромин, теофиллин. Последние три вещества являются очень слабыми основаниями. Кофеин можно считать практически нейтральным соединением. Пурины не образуют соли с минеральными кислотами.
Все пуриновые основания плохо растворяются в воде. При добавлении органических кислот (бензойной, салициловой), их солей и увеличении температуры растворимость кофеина повышается. На этом свойстве основано получение лекарственных препаратов с его содержанием (мочегонные средства, средства для лечения мигрени, инфекционных патологий и отравлений, сопровождающихся угнетением нервной системы). Теофиллин и теобромин способны формировать соли с металлами, что дает возможность их идентифицировать.
Образование веществ
Синтез пуриновых оснований производится во всех клетках организма человека, но главным образом – в печени. На их формирование затрачивается 6 молекул АТФ.
Внешний обмен этих веществ проходит в несколько этапов:
-
Нуклеопротеины поступают в организм вместе с пищей.
-
Под воздействием ферментов класса гидролаз происходит их расщепление и освобождение нуклеиновых кислот в кишечнике.
-
Панкреатический сок гидролизует нуклеиновые кислоты до полинуклеотидов.
-
В кишечнике происходит их дальнейшее расщепление до мононуклеотидов.
-
Под воздействием ферментов последние превращаются в нуклеозиды, содержащие азотистые основания, связанные с сахаром.
-
Нуклеозиды или всасываются в просвете кишечника, или разлагаются до пуриновых и пиримидиновых оснований.
Пуриновые основания – это вещества, регулирование образования которых производится по способу обратной отрицательной связи. Другими словами, конечный продукт реакции подавляет начальные стадии процесса (с помощью аденозинмонофосфата и гуанозинмонофосфата). Ключевые реакции их синтеза в настоящее время используются для разработки новых противоопухолевых средств.
Аденин и гуанин
Аденин и гуанин – это пуриновые основания, его аминопроизводные. Они входят в состав нуклеотидов, являющихся мономерными звеньями нуклеиновых кислот. Важнейшими функциями пуриновых оснований в ДНК являются:
-
хранение и передача генетической информации;
-
участие в процессе деления клеток;
-
биосинтез белков;
-
построение клеток.
Аденин и гуанин в лабораторных условиях получают путем гидролиза нуклеиновых кислот. Гуанин выделяют также из рыбьей чешуи и используют в косметических средствах в качестве перламутрового пигмента.
Другие функции в организме
Кроме нуклеиновых кислот, аденин и гуанин являются составляющими таких важных органических соединений, как:
-
Аденозин, участвующий в биохимических процессах (передача энергии и нервных импульсов, противовоспалительное действие). Ученые полагают, что это вещество играет определенную роль в регулировании сна.
-
Аденозинфосфаты, которые необходимы для синтеза АТФ. Последняя является важным источником энергии во всех биохимических процессах у животных.
-
Аденозинфосфорные кислоты (моно-, ди- и трифосфорные), участвующие в биосинтезе белков, управлении гормонами, липидном обмене, образовании стероидов, регулировании проницаемости клеточных мембран.
-
Адениновые нуклеотиды, отвечающие за снижение кровяного давления, сократительную способность матки и сердечной мышцы.
Пуриновые основания – это биологически активные вещества, которые оказывают следующее действие на организм:
-
мочегонное;
-
стимулирование ЦНС, особенно ярко выраженное у кофеина;
-
учащение пульса;
-
увеличение просвета кровеносных сосудов (главным образом тех, которые находятся в мышцах, головном мозге, сердце и почках);
-
уменьшение тромбообразования.
Теобромин используется также для лечения бронхолегочных патологий. Как и кофеин, он вызывает возбуждение сердечной мышцы и увеличивает количество выделяемой мочи. Его включают в состав зубных паст для восстановления минерализации эмали и повышения ее твердости, устойчивости к кариесу. Теобромин получают из зерен какао, растертых, обезжиренных и прокипяченных с раствором серной кислоты. После этого его обрабатывают оксидом свинца, промывают и осаждают с помощью аммиака.
Распад
Конечными веществами метаболизма пуриновых нуклеиновых оснований в теле человека, приматов, птиц и многих млекопитающих служат гипоксантин и мочевая кислота, которая выделяется в основном вместе с мочой, и лишь небольшое ее количество высвобождается из организма вместе с калом (до 20%). Те соединения, которые не окислились в просвете кишечника, а всосались, в дальнейшем также разлагаются до мочевой кислоты.
Как считают ученые, нуклеиновые кислоты, поступающие в организм вместе с пищей, не являются источниками этих веществ, хотя содержание их в продуктах питания достигает значительного количества.
Распад пуриновых оснований у животных может происходить до аммиака и мочевины. У некоторых млекопитающих имеется также фермент, как уратоксидаза. Она преобразует мочевую кислоту в аллантоин, который лучше растворяется в воде. При нарушении обмена веществ у человека кристаллы кислоты откладываются в мышцах, пальцах и хрящах, приводя к развитию подагры.
Разложение этих соединений в основном протекает в печени, тонком кишечнике и почках. Удаление мочевой кислоты через кишечник происходит вместе с желчью, где под воздействием микрофлоры это соединение распадается на углекислый газ и воду. Общее количество кислоты, выводимое у здорового человека в сутки, составляет около 0,6 г.
Повторное использование
Реутилизация пуриновых оснований – это явление, заключающееся в их повторном применении. Данный процесс наблюдается в тканях, которые быстро растут (у эмбрионов, во время регенерации повреждений, в опухолях). В этих случаях идет активный синтез нуклеиновых кислот, и потеря их предшественников (пуриновых оснований) становится недопустимой.
Синтез нуклеотидов происходит по более короткому пути, с помощью фермента гипоксантиин-гуанин-фосфорибозилтрансферазы. При наличии генетической недостаточности данного вещества у детей возникает целый комплекс патологических симптомов, которые называют синдромом Леша-Нихана. Внешне эта редкая и практически неизлечимая болезнь проявляется в виде умственной отсталости, ухудшения координации движений и крайней агрессивности, направленной и против самого себя.
Нарушение обменных процессов
Нарушение метаболизма пуриновых оснований нуклеотидных кислот приводит также к следующим патологиям:
-
Иммунодефицит, причиной которого является отсутствие фермента нуклеозид-фосфорилазы.
-
Болезнь Гирке - генетически обусловленное гликогеновое заболевание.
-
Ксантинурия - наследственная недостаточность фермента ксантиноксидазы.
-
Образование камней в мочевыводящей системе.
Подагра и мочекаменная болезнь
При подагре синтез мочевой кислоты намного превышает ее количество, выводимое из организма. Так как растворимость солей этого вещества невелика, то они накапливаются в крови, мягких тканях, суставах. Это приводит к появлению узлов и развитию воспаления (подагрический артрит). Один из симптомов данного заболевания – сильные боли по ночам в больших пальцах ног.
У мужчин эта патология встречается в 20 раз чаще, чем у женщин. Лечение подагры заключается в строгой диете с исключением продуктов, богатых пуриновыми основаниями. В качестве медикаментозных препаратов применяют аллопуринол, который подавляет активность превращения пуринового основания ксантина в мочевую кислоту, а также средства для усиления ее выведения ("Антуран", "Цинхофен" и другие).
Нарушение обмена пуриновых оснований – одна из причин мочекаменной болезни. Она выявляется у половины людей, больных подагрой. Повышенное содержание уратов в моче приводит к их отложению в мочевыводящих путях. В качестве лечения также рекомендуется соблюдать диету, состоящую преимущественно из растительной пищи. Это способствует защелачиванию мочи и растворению уратов.
Питание
Природными и искусственными источниками пуриновых оснований нуклеиновых кислот служат:
-
кофеин – листья зеленого чая, кофейное дерево, какао, гуарана (вьющаяся лиана рода Пауллиния), прохладительные напитки (кола и другие);
-
теобромин – бобовая шелуха;
-
теофиллин – зеленый чай, зерна кофе.
Также эти соединения содержатся в шоколаде, мясе, печени и красном вине.
