퓨린

3. 특성

퓨린은 매우 약한 산(pK_a 2.39)이며, 약한 염기(pKa 8.93)이다.^[34] 물에 용해되면 pH는 이 두 pKa 값 사이의 중간값이 된다. 퓨린은 네 개의 질소 원자 각각에 수소가 결합된 네 개의 호변 이성질체를 갖는 방향족성을 띤다. 이들은 1-H, 3-H, 7-H 및 9-H로 식별된다. 일반적인 결정 형태는 7-H 호변 이성질체를 선호하며, 극성 용매에서는 9-H와 7-H 호변 이성질체 모두가 우세하다.^[7]

4. 생화학

자연적으로 생성되는 많은 퓨린들이 있다. 이들은 핵염기인 아데닌과 구아닌을 포함한다. DNA에서 아데닌은 상보적인 피리미딘인 티민과, 구아닌은 사이토신과 수소 결합을 형성한다. 이들은 상보적인 염기쌍이라고 불린다. RNA에서 아데닌은 티민 대신에 유라실과 상보적인 염기쌍을 형성한다.

5. 주목할 만한 퓨린

자연적으로 생성되는 퓨린은 많다. 여기에는 핵염기인 아데닌과 구아닌이 포함된다. DNA에서 아데닌은 상보적인 피리미딘인 티민과, 구아닌은 사이토신과 수소 결합을 형성한다. 이를 상보적 염기쌍이라고 부른다. RNA에서 아데닌의 상보는 티민 대신 유라실이다.

다른 주목할 만한 퓨린으로는 하이포잔틴, 잔틴, 테오브로민, 카페인, 요산, 아이소구아닌이 있다.

5. 1. N9 치환 유도체

6. 기능

DNA 및 RNA에서 퓨린(아데닌, 구아닌)의 중요한 역할 외에도, 퓨린은 ATP, GTP, cAMP, NADH, 조효소 A와 같은 여러 다른 중요한 생체분자의 주요 구성 성분이다.^[5] 퓨린은 퓨린작동성 수용체에 작용하여 신경전달물질로 직접 작용할 수 있다. 아데노신은 아데노신 수용체를 활성화시킨다.

7. 물질대사

많은 생물들이 퓨린을 합성하고 분해하기 위한 대사 경로를 가지고 있다. 퓨린은 리보스와 핵염기가 결합된 뉴클레오사이드 형태로 생물학적으로 합성된다.

DNA 및 RNA와 관련된 대사 과정을 포함한 다양한 세포 내 대사 과정에 결함이 생기면 변형된 퓨린 뉴클레오타이드가 축적될 수 있다. 생물은 이러한 퓨린 유도체들을 가수분해하여 활성 NTP 및 dNTP 풀에서 제거하는 (디옥시)퓨린 포스포하이드롤레이스를 가지고 있다. 퓨린 염기의 탈아미노화는 ITP, dITP, XTP, dXTP와 같은 뉴클레오사이드의 축적을 초래할 수 있다.^[43] 퓨린의 생성 및 분해를 조절하는 효소의 결함은 세포의 DNA 서열을 심하게 변화시켜, 특정 퓨린 대사 효소 유전자 변이를 가진 사람들이 일부 유형의 암에 대한 발병 위험을 높일 수 있다.^[5]

퓨린과 피리미딘은 두 그룹의 질소 염기로, 두 그룹의 뉴클레오티드 염기를 구성한다. 퓨린 염기에는 구아닌(G)과 아데닌(A)이 있으며, 이들은 리보스와 결합하여 리보뉴클레오시드(구아노신, 아데노신)를, 데옥시리보스와 결합하여 데옥시리보뉴클레오시드(데옥시구아노신, 데옥시아데노신)를 형성한다. 이들 뉴클레오사이드는 인산과 결합하여 DNA와 RNA의 구성 요소인 뉴클레오타이드를 형성한다. 퓨린 염기는 구아노신 일인산(GMP) 및 아데노신 일인산(AMP) 화합물 내에서 많은 대사 및 신호 전달 과정에서 필수적인 역할을 한다.

세포가 이러한 필수적인 과정을 수행하려면 퓨린과 피리미딘이 모두 유사한 양으로 필요하다. 퓨린과 피리미딘은 모두 자가 효소 억제제 및 효소 활성제이다. 퓨린이 형성되면 더 많은 퓨린 형성에 필요한 효소를 효소 저해하는 동시에 피리미딘 형성에 필요한 효소를 활성화한다. 피리미딘은 자가 억제와 동시에 퓨린을 활성화한다. 이 때문에 세포 내에는 항상 거의 동일한 양의 두 물질이 존재한다.

7. 1. 생명체의 퓨린 생합성

7. 2. 통풍과의 관계

8. 식이 공급원

퓨린은 고기와 육류 제품, 특히 간, 신장과 같은 내장에 고농도로 존재한다. 일반적으로 식물성 식단은 퓨린 함량이 낮다.^[2] 퓨린 함량이 높은 음식에는 스위트브레드, 멸치, 정어리, 간, 쇠고기 신장, 뇌, 고기 엑기스 (예: 옥소, 보브릴), 청어, 고등어, 가리비, 사냥 고기, 효모 (맥주, 효모 추출물, 영양 효모), 그레이비가 있다.^[3]

적당량의 퓨린은 붉은 고기, 쇠고기, 돼지고기, 가금류, 생선, 해산물, 아스파라거스, 콜리플라워, 시금치, 버섯, 완두콩, 렌즈콩, 말린 완두, 콩, 오트밀, 밀기울, 밀 배아, 산사나무에도 들어있다.^[4]

9. 실험실에서의 합성

퓨린 대사에서 퓨린의 생체 내 합성 외에도, 퓨린은 인위적으로 합성될 수도 있다.

1972년 도쿄 대학의 야마데 히로시와 오카모토 토시히코는 개방된 용기에서 폼아마이드를 170°C~190°C의 온도로 28시간 동안 가열하여 퓨린을 양호한 수율로 얻어냈다.^[46]

오로, 오겔 및 동료들은 4개의 사이안화 수소(HCN) 분자가 사량체화되어 다이아미노말레오다이나이트릴을 형성하며, 이는 거의 모든 자연적으로 생성되는 퓨린으로 전환될 수 있음을 보여주었다.^{[48][49][50][51][52]}

'''트라우베 퓨린 합성'''(1900)은 아민-치환된 피리미딘과 폼산 사이의 고전적인 반응으로 빌헬름 트라우베의 이름을 따서 명명되었다.^[53]

10. 반응

항암제 등의 약물 합성을 위한 반응물로 퓨린 유도체가 사용된다. 아릴기가 N9 원자에 치환된 퓨린 유도체를 합성하는 방법으로 피리미딘 유도체에서 시작하여 고리화 반응을 통해 아릴기가 치환된 이미다졸 부분(7, 8, 9번 원자)을 합성하는 방법이 알려져 있다. 하지만 이 방법은 여러 단계를 필요로 한다.^[54] 2003년, 노르웨이 오슬로 대학의 Anne Kristin Bakkestuen과 Lise-Lotte Gundersen은 아세트산구리(copper(II) acetate) 존재 하에서 N9 원자에 아무것도 치환되지 않은 퓨린 유도체에 아릴기를 직접 치환하는 데 성공하였다.^[55]

11. 생명 기원 전 퓨린 리보뉴클레오시드 합성

생명이 어떻게 생겨났는지 이해하기 위해서는, 그럴듯한 생명 기원 전 조건에서 생명의 핵심 구성 요소를 형성할 수 있는 화학적 경로에 대한 지식이 필요하다. 남(Nam) 등(2018)^[26]은 퓨린 및 피리미딘 뉴클레오염기가 리보스와 직접적으로 축합하여 수성 미세 방울 내에서 리보뉴클레오시드를 생성하는 것을 입증했는데, 이는 RNA 형성을 이끄는 핵심 단계이다. 또한, 2016년 베커(Becker) 등은 퓨린 리보뉴클레오시드를 합성하는 그럴듯한 생명 기원 전 과정도 제시했다.^[27]

참조

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