ADENIN: ZGRADBA, BIOSINTEZA, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Adenin je nukleobaza tipa purin najdemo v ribonukleinskih kislin (RNK) in deoksiribonukleinska (DNA) živih organizmov in virusov. Nekatere funkcije teh biopolimerov (RNA in DNK) so shranjevanje, replikacija, rekombinacija in prenos genetskih informacij.

Za tvorbo nukleinskih kislin najprej dušikov atom 9 adenina tvori glikozidno vez s primarnim ogljikom 1 (C1 ') riboze (RNA) ali 2'-deoksiribozo (iz DNK). Na ta način adenin tvori nukleozid adenozin ali adenozin.

Vir: Pepemonbu

Drugič, hidroksilna skupina (-OH) na 5 'ogljiku sladkorja (riboza ali 2'-deoksiriboza) adenozina tvori estersko vez s fosfatno skupino.

V živih celicah je lahko odvisno od števila fosfatnih skupin adenozin-5'-monofosfat (AMP), adenozin-5'-difosfat (ADP) in adenozin-5'-trifosfat (ATP). Obstajajo tudi ekvivalenti, ki imajo 2'-deoksiribozo. Na primer, deoksiadenozin-5'-monofosfat (dAMP) itd.

Struktura in značilnosti

Adenin, imenovan 6-aminopurin, ima empirično formulo C ₅ H ₅ N ₅ in ima molekulsko maso 135,13 g / mol, očiščen kot bledo rumena trdna snov z vreliščem 360 ° C.

Njegova molekula ima kemično strukturo z dvojnim obročem s konjugiranimi dvojnimi vezmi, ki je fuzija pirimidina s skupino imidazola. Zaradi tega je adenin ravna heterociklična molekula.

Relativna topnost je 0,10 g / ml (pri 25 ° C), v kislih in bazičnih vodnih raztopinah, s pKa 4,15 (pri 25 ° C).

Iz tega istega razloga ga je mogoče zaznati z absorbanco pri 263 nm (s absorpcijskim koeficientom E ^{1,2 mM} = 13,2 M ^-1 .cm ^-1 v 1,0 M HCl), območju elektromagnetnega spektra. ki ustreza skoraj ultravijoličnemu.

Biosinteza

Purinska nukleotidna biosinteza je v praktično vseh živih bitjih enaka. Začne se s prenosom amino skupine iz glutamina v substrat 5-fosforibozil-1-pirofosfat (PRPP) in tvori 5-fosforibozilamin (PRA).

To je reakcija, ki jo katalizira glutamin-PRPP transferaza, ključni encim pri regulaciji te presnovne poti.

Po zaporednih dodatkov aminokislin glutamin, glicin, methenyl-folata, aspartat, N ¹⁰ -formil-folat na PRA, ki vključujejo kondenzacije in zaprtju obroča, inozin-5'-monofosfat (IMP) se proizvaja, S heterociklična enota hipoksantin (6-oksipurin).

Te dodatke poganja hidroliza ATP v ADP in anorganski fosfat (Pi). Nato se v reakcijo, povezano s hidrolizo gvanozin-trifosfata (GTP), amino skupina iz aspartata doda, da se končno ustvari AMP.

Slednji izvaja nadzor nad to biosintetično potjo z negativnimi povratnimi informacijami, ki delujejo na encime, ki katalizirajo tvorbo PRA in spremembo IMP.

Tako kot pri razpadu drugih nukleotidov tudi pri dušikovi bazi adenosinskih nukleotidov pride do procesa, ki se imenuje "recikliranje".

Recikliranje je sestavljeno iz prenosa fosfatne skupine iz PRPP v adenin ter tvori AMP in pirofosfat (PPi). Je en korak, kataliziran z encimom adenin fosforibosiltransferaza.

Vloge v oksidativni in reduktivni presnovi

Adenin je del več pomembnih molekul v oksidativni presnovi, ki so naslednje:

1. Flavin adenin dinukleotid (FAD / FADH ₂ ) in nikotinamid adenin dinukleotid (NAD ⁺ / NADH), ki sodelujeta v reakcijah redukcije oksidacije s prenosom hidridnih ionov (: H ^- ).
2. Koencim A (CoA), ki sodeluje pri aktivaciji in prenosu acilnih skupin.

Med oksidativnim metabolizmom NAD ⁺ deluje kot substrat za sprejemanje elektronov (hidridni ioni) in tvori NADH. FAD je kofaktor, ki sprejema elektrone in postane FADH ₂ .

Po drugi strani adenin tvori nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADP ⁺ / NADPH), ki sodeluje v reduktivni presnovi. NADPH je na primer substrat darovalca elektronov med biosintezo lipidov in deoksiribonukleotidov.

Adenin je del vitaminov. Niacin je na primer predhodnik NAD ⁺ in NADP ^+, riboflavin pa predhodnik FAD.

Funkcije v genskem izražanju

Adenin je del S-adenozilmetionina (SAM), ki je metil radikal dajalec (CH ₃ ) in sodeluje v metiliranjem adenina in citozinskih ostankov v prokariontih in evkariontih.

V prokariotih metilacija zagotavlja lasten sistem prepoznavanja DNK in s tem ščiti DNK pred lastnimi restriktivnimi encimi.

Pri evkariotih metilacija določa izražanje genov; torej določa, katere gene je treba izraziti in katere ne. Poleg tega lahko metilacije adenina označijo mesta za popravilo poškodovane DNK.

Številni proteini, ki se vežejo na DNA, kot transkripcijski faktorji, imajo aminokislinske ostanke glutamin in asparagin, da tvori vodikove vezi z N ⁷ atoma adenina.

Funkcije v presnovi energije

Adenin je del ATP, ki je visokoenergijska molekula; to pomeni, da je njegova hidroliza eksergonična, Gibbsova prosta energija pa visoka in negativna vrednost (-7,0 Kcal / mol). V celicah ATP sodeluje v številnih reakcijah, ki potrebujejo energijo, kot so:

- Spodbujati endergonske kemične reakcije, ki jih katalizirajo encimi, ki sodelujejo v vmesnem metabolizmu in v anabolizmu, z oblikovanjem visokoenergijskih intermediatov ali sklopljenih reakcij.

- Spodbujajo biosintezo beljakovin v ribosomih, tako da omogočimo esterifikacijo aminokislin z ustreznim prenosom RNA (tRNA), da tvori aminoacil-tRNA.

- Spodbujati gibanje kemičnih snovi skozi celične membrane. Obstajajo štiri vrste nosilnih beljakovin: P, F, V in ABC. Tipi P, F in V nosijo ione, ABC pa vrste. Na primer, Na ⁺ / K ⁺ ATPaza , razred P, potrebuje ATP, da črpa dva K ⁺ v celico in tri Na ^{+ ven} .

- Povečajte krčenje mišic. Zagotavlja energijo, ki usmerja, da aktinova nitka drsi po miozinu.

- Spodbujati jedrski promet. Ko se beta podenota heterodimernega receptorja veže na ATP, ta deluje s komponentami jedrskega pora kompleksa.

Druge funkcije

Adenozin služi kot ligand za receptorske proteine, ki so prisotni v nevronih in celicah črevesnega epitelija, kjer deluje kot zunajcelični ali nevromodulatorni prenašalec, kadar pride do sprememb v celični presnovi energije.

Adenin je prisoten v močnih protivirusnih sredstvih, kot je arabinosiladenin (araA), ki ga proizvajajo nekateri mikroorganizmi. Poleg tega je prisoten v puromicinu, antibiotiku, ki zavira biosintezo beljakovin in ga proizvajajo mikroorganizmi iz roda Streptomyces.

V AMP služi kot substrat za reakcije, ki ustvarjajo drugi messenger ciklični AMP (cAMP). Ta spojina, ki jo proizvaja encim adenylat ciklaza, je bistvenega pomena za večino celičnih signalnih kaskad, potrebnih za razmnoževanje in preživetje celic, pa tudi vnetja in celične smrti.

Sulfat v prostem stanju ni reaktiven. Ko vstopi v celico, se pretvori v adenozin-5'-fosfosulfat (APS) in nato v 3'-fosfoadenozin-5'-fosfosulfat (PAPS). PAZ je pri sesalcih darovalec sulfatnih skupin in tvori organske sulfatne estre, kot sta heparin in hondroitin.

V biosintezi cisteina S-adenosilmetionin (SAM) služi kot predhodnik za sintezo S-adenosilhomocisteina, ki se z več koraki pretvori v encime v cistein.

Prebiotična sinteza

Eksperimentalno je bilo dokazano, da se v dobljeni mešanici proizvaja adenin v zaprtih prostorih vodikovega cianida (HCN) in amoniaka (NH ₃ ) v laboratorijskih pogojih, podobnih tistim, ki so prevladovali na zgodnji Zemlji. To se zgodi brez potrebe po prisotnosti kakršnih koli živih celic ali celičnega materiala.

Prebiotični pogoji vključujejo odsotnost prostega molekulskega kisika, močno reducirajočo atmosfero, intenzivno ultravijolično sevanje, velike električne obloke, kakršne nastajajo v nevihtah, in visoke temperature. To predpostavlja, da je bil adenin glavna in najbolj obilna dušikova baza, ki je nastala med prebiotično kemijo.

Tako bi sinteza adenina pomenila ključni korak, ki bi omogočil izvor prvih celic. Te so morale imeti membrano, ki je tvorila zaprt predel, znotraj katerega so bile najdene molekule, potrebne za izgradnjo prvih bioloških polimerov, potrebnih za samopreskrbo.

Uporaba kot terapevtski dejavnik in celična kultura

Adenin je skupaj z drugimi organskimi in anorganskimi kemičnimi spojinami bistvena sestavina v receptu, ki se uporablja v vseh laboratorijih za biokemijo, genetiko, molekularno biologijo in mikrobiologijo na svetu, za rast celic, ki bodo sčasoma sposobne preživeti.

To je zato, ker lahko divje normalne celične sorte zaznajo in zajamejo razpoložljivi adenin iz okoliškega okolja in ga uporabijo za sintezo lastnih adeninskih nukleozidov.

To je oblika preživetja celic, ki prihrani notranje vire s sintezo kompleksnejših bioloških molekul iz preprostih predhodnikov, odvzetih od zunaj.

V eksperimentalnih modelih kronične ledvične bolezni imajo miši mutacijo gena za adeninsko fosforibosiltransferazo, ki proizvaja neaktivni encim. Tem mišam dajemo komercialne raztopine, ki vsebujejo adenin, natrijev citrat in glukozo intravensko, da pospešijo hitro okrevanje.

To zdravljenje temelji na dejstvu, da se PRPP, začetni presnovek za biosintezo purina, sintetizira iz riboze-5-fosfata po poti pentoznega fosfata, katerega začetni presnovek je glukoza-6-fosfat. Vendar veliko od teh rešitev mednarodna regulativna telesa za humano uporabo ne odobrijo.

Reference

1. Burnstock, G. 2014. Purins in Purinoceptors. Pregled molekularne biologije Reference Moduli v biomedicinskih znanostih. Word Wide Spletni naslov: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.04741-3
2. Claramount, D. et al. 2015. Živalski modeli otroške kronične bolezni. Nefrologija, 35 (6): 517-22.
3. Coade, S. in Pearson, J. 1989. Presnova adeninskih nukleotidov. Circulation Research, 65: 531-37
4. Dawson, R. et al. 1986. Podatki za biokemijske raziskave. Clarendon Press, Oxford.
5. DrougBank. 2019. Shema Adenin Chemichal. Word Wide Web naslov: https://www.drugbank.ca/drugs/DB00173
6. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. in Rawn, D. 2008. Načela biokemije. 4. izdaja. Pearsonova vzgoja.
7. Knight, G. 2009. Purinergični receptorji. Enciklopedija nevroznanosti. 1245–52. Word Wide Spletni naslov: https://doi.org/10.1016/B978-008045046-9.00693-8
8. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biokemija. 3. izdaja
9. Murgola, E. 2003. Adenine. Enciklopedija genetike. Word Wide Web naslov: https://doi.org/10.1006/rwgn.2001.0008
10. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. in Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. 26 ^th Edition. Podjetja McGraw-Hill.
11. Nelson, DL & Cox, M. 1994. Lehninger. Načela biokemije. 4. izdaja. Ed Omega.
12. Sigma-Aldrich. 2019. Adeninski kemijski list. Word Wide Spletni naslov: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/ga8626?lang=sl