Pyrimidin

Pyrimidin ist eine heterocyclische aromatische organische Verbindung mit zwei Stickstoffatomen und wird auch als 1,3-Diazin bezeichnet. Pyrimidine sind neben Purine wichtige Bausteine der Nukleinsäuren. Der Name leitet sich von gr. pyr = Hitze, Feuer und der Stoffklasse der Amidine ab, da es 1885 von Ernst Ludwig Pinner (1885-1911) aus Acetessigester und einem Amidin erstmals synthetisiert wurde.

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Abgeleitete Moleküle

Pyrimidine

Übersicht

Werden die Wasserstoff-Atome in den Positionen 2, 4, 5 und 6 durch andere Atomgruppen ersetzt, ergeben sich verschiedene substituierte Pyrimidine:

Name	Struktur	Position 2	Position 4	Position 5	Position 6
Cytosin		=O	-NH2	-H	-H
Uracil		=O	=O	-H	-H
Thymin		=O	=O	-CH3	-H
Barbitursäure		=O	=O	-H	=O
Orotsäure		=O	-COOH	-H	=O

Tautomerie

Aufgrund der Molekülabschnitte mit dem Grundmuster N=C-X-H (mit X = O, S oder NH) besteht die Möglichkeit der Tautomerie:

Pyrimidinderivate

Von den Pyrimidinen leiten sich formal die Stoffklassen der Flavine, Pteridine und Purine ab. Auch in den Vitaminen Thiamin und Riboflavin sind Pyrimidine als Bausteine enthalten.

Biologische Bedeutung

• Sind Cytosin und Uracil in Position 1 mit dem 1. C-Atom der Ribose verknüpft, ergeben sich die Nucleoside Cytidin und Uridin. Durch Veresterung der Ribose mit Phosphat entstehen die Nukleotide CMP und UMP, die Bausteine der RNA sind. Enthält das Nucleotid Cytosin oder Thymin und Desoxyribose, handelt es sich um die Bausteine der DNA, Desoxy-Cytidin- (dCMP) und Desoxy-Thymidinmonophosphat (dTMP).
• Durch Salpetrige Säure (HNO₂) wird die Amino-Gruppe des Cytosins in eine Hydroxylgruppe umgewandelt. Dadurch entsteht aus Cytosin Uracil. Wirkt Salpetrige Säure auf die DNA (als Mutagen) ein, führt diese Änderung dazu, dass es bei der Vermehrung der DNA (Reduplication) zu fehlerhaften Basenpaarungen und damit zu einer veränderten Basensequenz kommt, die zu veränderten Proteinen und damit zu einem veränderten Phänotyp führen kann.

Biochemie

Biosynthese

Anders als bei den Purinen wird der heterozyklische Ring unabhängig von der Ribose aufgebaut und erst nach Fertigstellung mit dem Zucker verknüpft. Als Zwischenprodukt dieser Synthesekette erscheint die Orotsäure, das Endprodukt ist das Uridinmonophosphat (UMP), welches in weiteren Schritten zu CMP, dUMP, dCMP und dTMP umgebaut wird.

Kohlenstoffdioxid
	Pyrimidin-Grundgerüst	(eine Aminosäure)
(eine Aminosäure)

Die Produktion von Pyrimidinen im Körper erfolgt im Cytosol und beginnt mit der Bildung von Carbamylphospat aus Glutamin, 2 ATP und HCO₃⁻ zu Carbamylphospat + 2 ADP + Pi + Glutamat. Anschließend katalysiert das Enzym Aspartat-Carbamyl-Transferase die Bildung von N-Carbamylaspartat aus Carbamylphospat und Aspartat. Daraus wird dann der Ring gebildet: N-Carbamylaspartat zyklisiert unter Abspaltung von Wasser zu Dihydroorotat, das durch erneute Abspaltung von Wasser zu Orotat wird. Aus dem freien Pyrimidin Orotat werden dann die Pyrimidinnukleotide sythetisiert.

Abbau der Basen

Von den Nucleosiden und Nucleotiden werden als erstes die Basen abgespalten. Diese werden zu β-Alanin oder 3-Aminoisobutyrat abgebaut.

Medizinische Bedeutung

• Von der Barbitursäure leiten sich viele am 5. Kohlenstoffatom substituierte Moleküle, die Barbiturate, ab, die als Schlafmittel Verwendung finden.
• Wird die Synthese des Thymidins gestört, wirkt sich das nur auf eine Störung der DNA-Synthese aus. Eine wirksame Möglichkeit ist die Hemmung der Thymidilat-Synthase durch 5-Fluoruracil, das sich vom Uracil dadurch unterscheidet, dass es an der Stelle der Methylgruppe ein Fluoratom aufweist. Damit steht ein wirksames Krebs-Medikament zur Verfügung. Allerdings wirkt sich die Störung der Zellteilung auch auf andere sich schnell vermehrende Zellen in den Haarfollikeln und im Knochenmark aus, was die schweren Nebenwirkungen bei einer Chemotherapie erklärt.
• Pyrimidin-Derivate spielen auch als Diuretika, Antibiotika, Antimetabolika und in der antiviralen Therapie eine Rolle.

Siehe auch

• Purin