البيورين

البيورين مركب عضوي عطري غير متجانس الحلقات ، يتكون من حلقتين ( بيريميدين وإيميدازول ) ملتحمتين معًا. وهو قابل للذوبان في الماء . كما يُطلق اسم البيورين على فئة أوسع من الجزيئات ، وهي البيورينات ، التي تشمل البيورينات المستبدلة ومتصاوغاتها . وهي أكثر المركبات الحلقية غير المتجانسة المحتوية على النيتروجين شيوعًا في الطبيعة. ^{[ 1 ]}

في الأحماض النووية، يوجد نوعان من القواعد النيتروجينية مشتقة من البيورين: الأدينين (A) والجوانين (G).

توجد البيورينات بتركيز عالٍ في اللحوم ومنتجاتها، وخاصة الأعضاء الداخلية كالكبد والكلى ، وفي مختلف أنواع المأكولات البحرية ، والمشروبات الغنية بالفركتوز ، والكحول، ومنتجات الخميرة . ^{[ 2 ] [ 3 ]} ومن أمثلة مصادر الغذاء الغنية بالبيورينات: الأنشوجة ، والسردين ، والكبد، ولحم البقر ، والكلى، والمخ ، وسمك الراهب ، والماكريل المجفف ، والروبيان . ^{[ 3 ]}

تؤدي الأطعمة الغنية بشكل خاص بالهيبوكسانثين والأدينين والجوانين إلى ارتفاع مستويات حمض اليوريك في الدم. ^{[ 3 ]} وتزيد احتمالية ارتفاع مستويات حمض اليوريك في الأطعمة التي تحتوي على أكثر من 200 ملغ من الهيبوكسانثين لكل 100 غرام، وخاصة لحوم الحيوانات والأسماك التي تشكل فيها نسبة الهيبوكسانثين أكثر من 50% من إجمالي البيورينات. ^{[ 3 ]} تحتوي بعض الخضراوات، مثل القرنبيط والسبانخ والبازلاء ، على مستويات عالية من البيورينات، ولكنها لا تساهم في ارتفاع مستويات حمض اليوريك، ربما بسبب عوامل الهضم والتوافر الحيوي . ^{[ 3 ]}

تُعدّ منتجات الألبان ، ومنتجات الصويا ، والحبوب، والفاصوليا، والفطر، والقهوة من الأطعمة منخفضة البيورينات، وتتميز تحديدًا بانخفاض مستويات الأدينين والجوانين اللذين يشكلان أكثر من 60% من البيورينات. ^{[ 3 ]} ويشمل النظام الغذائي منخفض البيورينات، الذي قد يقلل من خطر الإصابة بفرط حمض يوريك الدم والنقرس ، البيض، ومنتجات الألبان، والفواكه، والخضراوات، والبقوليات ، والفطر، ومنتجات الصويا. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

تُشكل البيورينات والبيريميدينات مجموعتين من القواعد النيتروجينية ، بما في ذلك مجموعتي قواعد النيوكليوتيدات . قواعد البيورين هي الجوانين (G) والأدينين (A)، اللذان يُشكلان النيوكليوسيدات المقابلة: ديوكسي ريبونوكليوسيدات ( ديوكسي جوانوزين وديوكسي أدينوزين ) مع جزء ديوكسي ريبوز، وريبونوكليوسيدات ( جوانوزين وأدينوزين ) مع جزء ريبوز. تتفاعل هذه النيوكليوسيدات مع حمض الفوسفوريك لتكوين النيوكليوتيدات المقابلة (ديوكسي جوانيلات وديوكسي أدينيلات، وجوانيلات وأدينيلات)، وهي اللبنات الأساسية للحمض النووي DNA والحمض النووي RNA على التوالي. كما تلعب قواعد البيورين دورًا أساسيًا في العديد من العمليات الأيضية والإشارات الخلوية ضمن مركبي أحادي فوسفات الجوانوزين (GMP) وأحادي فوسفات الأدينوزين (AMP).

لإتمام هذه العمليات الخلوية الأساسية، تحتاج الخلية إلى كل من البيورينات والبيريميدينات ، وبكميات متقاربة. تتميز كل من البيورينات والبيريميدينات بقدرتها على تثبيط وتنشيط الإنزيمات ذاتيًا . فعند تكوّن البيورينات، تُثبّط الإنزيمات اللازمة لتكوين المزيد منها. ويحدث هذا التثبيط الذاتي لأنها تُنشّط أيضًا الإنزيمات اللازمة لتكوين البيريميدينات. وبالمثل، تُثبّط البيريميدينات البيورينات وتُنشّطها ذاتيًا. ولهذا السبب، تتواجد كميات متساوية تقريبًا من كلتا المادتين في الخلية في جميع الأوقات. ^{[ 5 ]}

البيورين حمض ضعيف جداً ( pKa _8.93 ) وقاعدة أضعف منه (pKa _2.39 ). ^{[ 6 ]}

البيورين مركب عطري ، وله أربعة متصاوغات ، يرتبط كل منها بذرة هيدروجين مختلفة من ذرات النيتروجين الأربع. تُعرف هذه المتصاوغات بـ 1-H، و3-H، و7-H، و9-H (انظر صورة الحلقة المرقمة). يميل الشكل البلوري الشائع إلى تفضيل المتصاوغ 7-H، بينما في المذيبات القطبية، يسود كل من المتصاوغين 9-H و7-H. ^{[ 7 ]} يمكن للمستبدلات الموجودة على الحلقات والتفاعلات مع الجزيئات الأخرى أن تُغير توازن هذه المتصاوغات. ^{[ 8 ]}

توجد العديد من البيورينات في الطبيعة، ومنها قواعد النيوكليوتيدات الأدينين والجوانين. في الحمض النووي (DNA)، تُكوّن هذه القواعد روابط هيدروجينية مع البيريميدينات المُكمّلة لها، وهما الثايمين والسيتوزين على التوالي. يُسمى هذا الاقتران بالاقتران القاعدي المُكمّل. أما في الحمض النووي الريبوزي (RNA)، فيكون اليوراسيل هو القاعدة المُكمّلة للأدينين بدلاً من الثايمين.

ومن البيورينات الأخرى البارزة: الهيبوكسانثين، والزانثين ، والثيوفيلين ، والثيوبرومين ، والكافيين ، وحمض اليوريك ، والإيزوغوانين .

إلى جانب الأدوار الحاسمة للبيورينات (الأدينين والجوانين) في الحمض النووي DNA والحمض النووي RNA، تُعد البيورينات أيضًا مكونات مهمة في عدد من الجزيئات الحيوية الهامة الأخرى، مثل ATP و GTP و cAMP و NADH والإنزيم المساعد A. لم يتم العثور على البيورين ( 1 ) نفسه في الطبيعة، ولكن يمكن إنتاجه عن طريق التخليق العضوي .

قد تعمل أيضاً بشكل مباشر كناقلات عصبية ، حيث تؤثر على مستقبلات البيورين . الأدينوزين ينشط مستقبلات الأدينوزين .

صاغ الكيميائي الألماني إميل فيشر مصطلح " بيورين " ( البول النقي ) ^{[ 9 ]} عام 1884. ^{[ 10 ] [ 11 ]} وقد قام بتخليقه لأول مرة عام 1898. ^{[ 11 ]} كانت المادة الأولية لسلسلة التفاعلات هي حمض اليوريك ( 8 )، الذي عزله كارل فيلهلم شيل من حصى الكلى عام 1776. [ ^{12 ] تفاعل} حمض اليوريك مع خماسي كلوريد الفوسفور (PCl5 ₎ لإنتاج 2،6،8-ثلاثي كلورو بيورين، والذي حُوِّل باستخدام يوديد الهيدروجين (HI) ورباعي يوديد الفوسفور (PH4I ₎ لإنتاج 2،6-ثنائي يودو بيورين. ثم اختُزل الناتج إلى بيورين باستخدام مسحوق الزنك .

تمتلك العديد من الكائنات الحية مسارات أيضية لتخليق وتفكيك البيورينات.

يتم تصنيع البيورينات بيولوجيًا على شكل نيوكليوسيدات (قواعد مرتبطة بالريبوز ).

يُؤدي تراكم نيوكليوتيدات البيورين المُعدّلة إلى خلل في العديد من العمليات الخلوية، وخاصة تلك التي تشمل الحمض النووي DNA والحمض النووي RNA. ولضمان استمرار الحياة، تمتلك الكائنات الحية عددًا من إنزيمات فوسفوهيدرولاز ديوكسي بيورين، التي تُحلل مشتقات البيورين هذه، مُزيلةً إياها من مخزون النيوكليوتيدات النشطة NTP و dNTP . وقد يُؤدي نزع الأمين من قواعد البيورين إلى تراكم نيوكليوتيدات مثل ITP و dITP و XTP و dXTP . ^{[ 13 ]}

يمكن أن تؤدي العيوب في الإنزيمات التي تتحكم في إنتاج البيورين وتحلله إلى تغيير تسلسل الحمض النووي للخلية بشكل كبير، وهو ما قد يفسر سبب كون الأشخاص الذين يحملون متغيرات جينية معينة من إنزيمات استقلاب البيورين أكثر عرضة للإصابة ببعض أنواع السرطان .

بالإضافة إلى التخليق الحيوي للبيورينات في استقلاب البيورين ، يمكن أيضًا تصنيع البيورين صناعيًا.

يتم الحصول على البيورين بنسبة جيدة عند تسخين الفورماميد  في وعاء مفتوح عند درجة حرارة 170 درجة مئوية لمدة 28 ساعة. ^{[ 16 ]}

تمت مناقشة هذا التفاعل وغيره من التفاعلات المماثلة في سياق أصل الحياة . ^{[ 17 ]}

أظهر أورو وكامات (1961) وزملاؤهما أورجل (1966، 1967) أن أربع جزيئات من سيانيد الهيدروجين تتحد لتكوين ثنائي أمينوماليودينتريل ( 12 )، والذي يمكن تحويله إلى جميع البيورينات الموجودة في الطبيعة تقريبًا. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]} على سبيل المثال، تتكثف خمس جزيئات من سيانيد الهيدروجين في تفاعل طارد للحرارة لتكوين الأدينين ، خاصة في وجود الأمونيا.

يُعد تفاعل تراوب لتخليق البيورين (1900) تفاعلًا كلاسيكيًا (سمي على اسم فيلهلم تراوب ) بين بيريميدين مستبدل بالأمين وحمض الفورميك . ^{[ 23 ]}

لفهم كيفية نشأة الحياة ، يلزم معرفة المسارات الكيميائية التي تسمح بتكوين اللبنات الأساسية للحياة في ظل ظروف ما قبل الحياة المحتملة . وقد أثبت نام وآخرون (2018) ^{[ 24 ]} التكثيف المباشر لقواعد البيورين والبيريميدين مع الريبوز لإنتاج ريبونيوكليوزيدات في قطرات مائية دقيقة، وهي خطوة أساسية تؤدي إلى تكوين الحمض النووي الريبي (RNA). كما قدم بيكر وآخرون في عام 2016 ^{[ 25 ]} عملية ما قبل الحياة المحتملة لتخليق ريبونيوكليوزيدات البيورين.

• البيورينونات
• بيريميدين
• حلقات عطرية بسيطة
• انتقال
• التحول