اطلاعات عمومی, ویکی ژن
پیریمیدین (Pyrimidine): تعریف، خواص، ساختار و موارد استفاده
پیریمیدین چیست؟
پیریمیدین یک کلاس از ترکیبات هتروسیکلیک (Heterocyclic) آلی است که حاوی 2 اتم نیتروژن در حلقه کربنی خود هستند. پیریمیدین‌ها به عنوان ترکیبات هتروسیکلیک معطر شش عضوی دارای حلقه‌های اشباع نشده (polyunsaturated) حاوی دو اتم نیتروژن در موقعیت 1 و 3 حلقه تعریف می‌شوند.
در خانواده ترکیبات هتروسیکلیک، پیریمیدین و مشتقات آن به عنوان زیرواحدهای ساختاری اسیدهای نوکلئیک (Nucleic acid)، ویتامین‌ها، هورمون‌ها، آنتی‌بیوتیک‌ها و چندین ترکیب بیولوژیکی و مصنوعی دیگر، از اهمیت بالایی برخوردار هستند.
شناخته شده‌ترین و مورد مطالعه قرار گرفته‌ترین مشتقات پیریمیدین عبارت است از: تیمین (Thymine)، سیتوزین (Cytosine) و اوراسیل (Uracil) هستند. پیریمیدین‌ها در اسیدهای نوکلئیک به عنوان بلوک‌های سازنده یافت می‌شوند. در این مقاله به بررسی این سه پیریمیدین می‌پردازیم.
ساختار کلی کلاس پیریمیدین
پیریمیدین یک ترکیب آلی حلقوی است که دارای یک حلقه با 6 اتم که شامل چهار اتم کربن با هیدروژن یا زنجیره جانبی (Side chain) متصل و 2 اتم نیتروژن در موقعیت‌های 1 و 3 می‌باشد. اتم‌های کربن (C) و نیتروژن (N) توسط پیوندهای منفرد و دوگانه به هم متصل می‌شوند که یکدیگر را تغییر می‌دهند.
اتم‌های N و C با هیدروژن یا سایر گروه‌های عاملی (Functional group) پیوند برقرار می‌کنند تا مشتقات مختلف پیریمیدین را تشکیل دهند.
تیمین
تیمین (به اختصار T) یک نوکلئوباز (Nucleobase) پیریمیدین مربوط به مولکول‌های DNA است که از نظر شیمیایی با قند دئوکسی‌ریبوز (Deoxyribose) (یک گروه فسفاتی) پیوند برقرار کرده است. تیمین به یک آدنین (Adenine) (A) مربوط به رشته دیگری از مولکول DNA متصل می‌شود. به آن “5-متیلوراسیل” (5-methyluracil) نیز می‌گویند و فقط در DNA وجود دارد.
ساختار تیمین
فرمول مولکولی تیمین C5H6N2O2 می‌باشد. حاوی دو اتم N در موقعیت‌های 1 و 3 حلقه خود است که هر کدام با یک اتم هیدروژن پیوند دارند. در اسیدهای نوکلئیک، اتم N در موقعیت 3 یک پیوند گلیکوزیدی (Glycosidic) با قند (دئوکسی‌ریبوز در DNA و ریبوز (Ribose) در RNA) تشکیل می‌دهد که منجر به شکل‌گیری تیمیدین (Thymidine) می‌شود. اتم C در موقعیت 5 در اسید نوکلئیک با گروه متیل (Methyl) پیوند دارد. کربن در موقعیت‌های 2 و 4 با یک اتم اکسیژن پیوند دارد. یک پیوند دوگانه بین اتم‌های کربن در موقعیت‌های 5 و 6 وجود دارد.
سیتوزین
سیتوزین (به اختصار C) نوکلئوباز پیریمیدین دیگری است که هم در مولکول‌های DNA و هم در مولکول‌های RNA یافت می‌شود. از نظر شیمیایی با گوانین (Guanine) (G) مربوط به رشته دیگری از DNA پیوند دارد. سیتوزین در مولکول‌های RNA از طریق پیوند فسفاتی به نوکلئوباز دیگری متصل می‌شود.
ساختار سیتوزین
فرمول مولکولی سیتوزین C4H5N3O می‌باشد. سیتوزین شامل دو اتم N در موقعیت‌های 1 و 3 حلقه خود و یک اتم N در گروه آمینه متصل به C4 در موقعیت 4 حلقه است. در اسیدهای نوکلئیک، اتم N در موقعیت 1، یک پیوند گلیکوزیدی با قند (دئوکسی‌ریبوز در DNA و ریبوز در RNA) ایجاد می‌کند و در نتیجه سیتیدین (Cytidine) تشکیل می‌شود. کربن در موقعیت 2 با یک اتم اکسیژن و در موقعیت 5 با یک اتم هیدروژن پیوند دارد. بین اتم‌های کربن در موقعیت‌های 5 و 6 و کربن در موقعیت 4 و N در موقعیت 3 پیوند دوگانه وجود دارد.
اوراسیل
اوراسیل (به اختصار U) یک نوکلئوباز پیریمیدین است که فقط در مولکول‌های RNA یافت می‌شود. اوراسیل به جای تیمین در RNA یافت می‌شود. همچنین از نظر شیمیایی با گروه فسفات و قند ریبوز برای تشکیل محور RNA (RNA backbone)، پیوند برقرار کرده است.
ساختار اوراسیل
فرمول مولکولی اوراسیل C4H4N2O2 است. ساختار آن شبیه تیمین است، اما گروه متیل در اتم C در موقعیت 5 با اتم هیدروژن (H) جایگزین شده است.
مشتقات پیریمیدین
- تیمین
- اوراسیل
- سیتوزین
- فلوراوراسیل (Fluorouracil)
- اوروتیک اسید (Orotic Acid)
- تیامین (Thiamine) (ویتامین B1)
- باربیتوریک اسید (Barbituric Acid)
- ورانال (Veranal)
- داروهای آنتیفولات (Antifolate) (2-آمینو-4-هیدروکسی پیریمیدین (2-Amino-4-hydroxy pyrimidines))
- داروهای سولفا (Sulfa)
- آنتی‌بیوتیک‌هایی مانند پیریمیدین دو استخلافی و سه استخلافی حاوی آنتی‌بیوتیک‌هایی مانند آمیستین (Amicetin)، پلی‌کاستین (Plicacetin) و غیره هستند.
- داروهای ضد ویروسی مانند 5-یدودئوکسیوریدین (5-iododeoxyuridine)، 5- یدو ′2- دئوکسیوریدین (5-iodo-2′-deoxyuridine)، 1-(3-آزیدو -2،3- دیدئوکسی‌پنتوفورانوزیل) -5-متیل-2،4(1H،3H)- پیریمیدین‌دیون (1-(3-Azido-2,3-dideoxypentofuranosyl) -5-methyl-2,4(1H,3H)-pyrimidinedione) و غیره.
- داروهای ضد قارچ مانند پیریمیدین فلورینه (Fluorinated pyrimidine) به نام‌های فلوسیتوزین (Flucytosine)، هگزتیدین (Hexetidine) و غیره.
موارد استفاده از پیریمیدین
در پزشکی
از مشتقات پیریمیدین به عنوان عوامل ضد سرطانی، ضد التهابی، آنتی‌بیوتیکی، ضد ویروسی و ضد قارچی استفاده می‌شود. چند نمونه از مشتقات پیریمیدین که به عنوان دارو استفاده می‌شوند در بالا ذکر شده است.
یک آنالوگ پیریمیدین به نام اسید اوروتیک، در درمان متابولیک برای جلوگیری از نارسایی قلبی در بیماران قلبی عروقی استفاده می‌شود.
به عنوان بازهای نیتروژن‌دار اسیدهای نوکلئیک
تیمین، اوراسیل و سیتوزین بازهای نیتروژن‌دار پیریمیدین اسیدهای نوکلئیک هستند. آن‌ها محور اصلی اسیدهای نوکلئیک را تشکیل می‌دهند. آن‌ها همچنین برای تهیه بازهای نیتروژن‌دار به صورت مصنوعی، به عنوان عناصر PCR استفاده می‌شوند.
به عنوان زیر واحدها در تولید ویتامین‌ها، سموم، اسیدهای آمینه و سایر مولکول‌های زیستی (Biomolecule)
برخی پروتئین‌ها، اسیدهای آمینه و ویتامین‌های حاوی پیریمیدین به عنوان زیر واحدهای خود هستند. از مشتقات مختلف پیریمیدین در سنتز این گونه مولکول‌ها استفاده می‌شود.
اثرات پیریمیدین‌ها بر سلامتی
- پیریمیدین‌ها و مشتقات آن‌ها بلوک‌های سازنده اسیدهای نوکلئیک، ویتامین‌ها، اسیدهای آمینه و غیره هستند. از این رو به فیزیولوژی و رشد مناسب بدن کمک می‌کنند.
- آن‌ها مواد مغذی حیاتی را فراهم می‌کنند.
- برخی مشتقات پیریمیدین، پیری را به تاخیر می‌اندازند و ایمنی را تقویت می‌کنند.
- چندین گونه جانوری از مشتقات پیریمیدین برای تولید سم استفاده می‌کنند.
- اختلالات متابولیسم پیریمیدین ممکن است منجر به ایجاد واکنش‌های آلرژیک، انسفالوپاتی (Encephalopathy)، تشنج در نوزادان و غیره شود.
همچنین بخوانید:
مترجم: صادق حسینی‌کیا
