嘧啶

[外文]：pyrimidine

一类在第一位和第三位含有氮原子的六元杂环有机化合物 （图1）。

是构成核酸的主要成分。嘧啶合成代谢的障碍会导致乳清酸尿症等疾患。生物体中天然存在大量的胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶（图 2）。

它们和另二种嘌呤化合物共同组成DNA或RNA分子中的四种碱基。细胞内还有几十种稀有的嘧啶化合物。嘧啶化合物也是许多辅酶的成分。食物中含有各种嘧啶化合物，但食物中的嘧啶碱很少被机体利用。细胞所需的嘧啶化合物在细胞中由其他物质合成。核酸等大分子在体内降解形成的自由嘧啶碱，多数能经回收途径（利用分解产物来重新合成核苷及核酸的代谢途径）而重新利用。进入分解代谢的嘧啶碱被降解成β-丙氨酸和β－氨基异丁酸。因嘧啶合成代谢障碍所引起的乳清酸尿症，可用口服尿嘧啶核苷酸治疗。一些人工合成的嘧啶化合物是重要的药物或细胞诱变剂，包括作为消炎药的磺胺嘧啶等，作为抗肿瘤药的6-氮杂尿核苷以及作为细胞诱变剂的5-溴尿嘧啶等。

嘧啶化合物和嘌呤化合物一起作为核酸的组成部分而广泛存在于生物体中。这样的嘧啶化合物包括尿嘧啶、胞嘧啶及胸腺嘧啶。核糖核酸 (RNA)分子中含尿嘧啶及胞嘧啶，而脱氧核糖核酸(DNA)分子中则含胸腺嘧啶及胞嘧啶。有些核酸中尚含有甲基化的嘧啶如5-甲基胞嘧啶及5-羟甲基胞嘧啶等，其含量较少。维生素B1（硫胺素）及乳清酸也是天然存在的嘧啶化合物。

嘧啶具弱碱性，又叫嘧啶碱。嘧啶环具有与苯相似的结构，可以看作是一个共振稳定的体系。它只与一些非常活泼的试剂反应。嘧啶化合物存在多种互变异构体（图3）。在pH=7时，嘧啶碱主要以酮式存在。

此外，所有嘧啶化合物都吸收波长为250～280mm的紫外光。这一特性被用来定性检测或定量分析嘧啶化合物。

所有的生物体均能用CO2、NH3和天门冬氨酸合成嘧啶化合物。嘧啶合成主要在肝脏进行。先经四种酶连续催化将三种简单物质合成中间产物乳清酸，亦即构成了嘧啶环，进一步再合成机体所需的嘧啶化合物。后一过程则是在核苷酸的基础上进行。乳清酸先与1－焦磷酸－5－磷酸核糖(PRPP)生成乳清酸核苷酸(OMP)，再经脱羧反应而成为组成核酸分子的尿嘧啶核苷酸 (UMP)。胞嘧啶核苷酸则由三磷酸尿嘧啶核苷酸氨基化而成。胸腺嘧啶核苷酸由二磷酸脱氧尿苷经甲基化而生成 （图4）。嘧啶碱在分解代谢中最终生成β-丙氨酸或β-氨基异丁酸。β－丙氨酸是鹅肌肽、肌肽及泛酸的组成成分。β－氨基异丁酸则进一步代谢成辅酶 A的衍生物而进入三羧酸循环。

嘧啶为核酸的组成部分。碱基(嘧啶碱和嘌呤碱)在核酸大分子中以一定顺序排列，组成所有生物的遗传密码。嘧啶和嘌呤之间可以形成氢键。通过氢键的碱基配对具有高度的特异性，从而保证了遗传信息的复制和转录。

嘧啶核苷酸除了直接参与核酸的合成外，在合成许多细胞组分的活性亚基转移中，也具有关键的代谢功能。例如，二磷酸尿嘧啶核苷葡萄糖参与糖原合成及半乳糖、甘露糖与葡萄糖的转变过程。在这些反应中，嘧啶碱可能并不直接参与化学反应，而是作为酶催化时的活性形式和特异性识别位点。

嘧啶合成代谢发生障碍，会引起乳酸尿症。患者发育不正常，出现严重巨成红细胞性贫血。这种先天性乳清酸尿症患者易遭感染，但口服尿嘧啶核苷酸即可治疗。

重要的人工合成嘧啶衍生物有磺胺类药的磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶及磺胺二甲嘧啶等，和作为嘧啶衍生物的巴比妥盐类，如二乙基巴比妥盐及 等。前一类药物是微生物中叶酸生物合成的抑制剂，后一类药物对中枢神经系统有强烈的抑制作用。6-氮杂尿核苷可用作抗白血病药物。5-氟尿嘧啶阻断胸腺核苷酸合成中的甲基化而抑制核酸的合成，是临床上应用较多的抗肿瘤药物。另外，5-溴脲嘧啶和5-碘尿嘧啶作为胸腺嘧啶的类似物，参入到DNA分子中会引起碱基配对错误而改变遗传密码，因此在科研中常用作细胞的诱变剂（见嘧啶代谢紊乱）。

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