ADENIN: STRUKTUR, BIOSYNTESE, FUNKTIONER - BIOLOGI

Den adenin er nukleobase purin type, som findes i ribonukleinsyrer (RNA) og deoxyribonukleinsyre (DNA) af levende organismer og vira. Nogle af funktionerne af disse biopolymerer (RNA og DNA) er lagring, replikation, rekombination og overførsel af genetisk information.

For at udgøre nukleinsyrer danner først nitrogenatom 9 i adenin en glycosidbinding med det primære carbon 1 (C1 ') af ribose (af RNA) eller 2'-deoxyribose (af DNA). På denne måde danner adenin nucleosid-adenosin eller adenosin.

Kilde: Pepemonbu

For det andet danner hydroxylgruppen (-OH) på 5'-carbonet i sukkeret (ribose eller 2'-deoxyribose) af adenosin en esterbinding med en phosphatgruppe.

Afhængig af antallet af tilstedeværende phosphatgrupper i levende celler kan det være adenosin-5′-monophosphat (AMP), adenosin-5′-diphosphat (ADP) og adenosin-5′-triphosphat (ATP). Der findes også ækvivalenter med 2′-deoxyribose. For eksempel deoxyadenosin-5′-monophosphat (dAMP) osv.

Struktur og egenskaber

Adenin, kaldet 6-aminopurin, har den empiriske formel C ₅ H ₅ N ₅, og har en molekylvægt på 135,13 g / mol, idet oprenset som et lysegult fast stof, med et kogepunkt på 360ºC.

Dets molekyle har en kemisk dobbeltringstruktur med konjugerede dobbeltbindinger, som er fusionen af en pyrimidin med en imidazolgruppe. På grund af dette er adenin et fladt heterocyklisk molekyle.

Det har en relativ opløselighed på 0,10 g / ml (ved 25 ºC) i sure og basiske vandige opløsninger med en pKa på 4,15 (ved 25 ºC).

Af samme grund er det i stand til at blive detekteret ved absorbans ved 263 nm (med en absorptionskoefficient på E ^{1,2 mM} = 13,2 M ^-1. Cm ^-1 i 1,0 M HCI), et område af det elektromagnetiske spektrum svarende til nær ultraviolet.

biosyntese

Purinenukleotidbiosyntesen er identisk i praktisk taget alle levende ting. Det begynder med overførslen af en aminogruppe fra glutamin til substratet 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphat (PRPP) og producerer 5-phosphoribosylamin (PRA).

Dette er en reaktion katalyseret af glutamin-PRPP-transferase, et nøgleenzym i reguleringen af denne metabolske vej.

Efter sekventielle tilsætninger af aminosyrerne glutamin, glycin, methenyl-folat, aspartat, N ¹⁰ -formyl-folat til PRA, som omfatter kondensationer og ringslutning, inosin-5'-monophosphat (IMP) produceres, hvis heterocyklisk enhed er hypoxanthin (6-oxypurin).

Disse tilsætninger drives af hydrolyse af ATP til ADP og uorganisk phosphat (Pi). Efterfølgende sættes en aminogruppe fra aspartat til IMP i en reaktion kombineret med hydrolyse af guanosin-triphosphat (GTP) for endelig at generere AMP.

Sidstnævnte udøver kontrol med denne biosyntetiske vej gennem negativ feedback, og virker på de enzymer, der katalyserer dannelsen af PRA og modificeringen af IMP.

Som med nedbrydningen af andre nukleotider gennemgår den nitrogenholdige base af adenosinnukleotider en proces kaldet "genanvendelse".

Genbrug består af overførslen af en phosphatgruppe fra PRPP til adenin og danner AMP og pyrophosphate (PPi). Det er et enkelt trin katalyseret af enzymet adeninphosphoribosyltransferase.

Roller i oxidativ og reduktiv metabolisme

Adenin er en del af flere vigtige molekyler i oxidativ metabolisme, som er følgende:

Flavin adenindinucleotid (FAD / FADH ₂) og nicotinamid adenin dinucleotid (NAD ⁺ / NADH), der deltager i oxidationsreduktionsreaktioner ved at overføre hydridioner (: H ^-).
Coenzyme A (CoA), der deltager i aktivering og overførsel af acylgrupper.

Under oxidativ metabolisme fungerer NAD ⁺ som et elektronacceptorsubstrat (hydridioner) og danner NADH. Hvorimod FAD er en kofaktor, der accepterer elektroner og bliver FADH ₂.

På den anden side danner adenin nicotinamid adenindinucleotidphosphat (NADP ⁺ / NADPH), der deltager i reduktiv metabolisme. For eksempel er NADPH et elektron-donorsubstrat under lipid- og deoxyribonukleotid-biosyntese.

Adenin er en del af vitaminerne. For eksempel er niacin forløber for NAD ⁺ og NADP ^+, og riboflavin er forløberen for FAD.

Funktioner i genekspression

Adenin er en del af S-adenosylmethionin (SAM), som er en methylgruppe donor (CH ₃) og deltager i methyleringen af adenin- og cytosinrester i prokaryoter og eukaryoter.

I prokaryoter tilvejebringer methylering sit eget DNA-genkendelsessystem, hvorved DNA'et beskyttes mod dets egne restriktive enzymer.

I eukaryoter bestemmer methylering ekspressionen af gener; det vil sige, det fastlægger, hvilke gener der skal udtrykkes, og hvilke der ikke bør. Adeninmethyleringer kan desuden markere reparationssteder for beskadiget DNA.

Mange proteiner, der binder til DNA, såsom transkriptionsfaktorer, har aminosyrerester glutamin og asparagin at danne hydrogenbindinger med N ⁷ atom af adenin.

Funktioner i energimetabolisme

Adenin er en del af ATP, som er et højenergimolekyle; dets hydrolyse er exergonisk, og Gibbs frie energi er en høj og negativ værdi (-7,0 Kcal / mol). I celler deltager ATP i mange reaktioner, der kræver energi, såsom:

- Fremme endergoniske kemiske reaktioner katalyseret af enzymer, der deltager i mellemmetabolisme og i anabolisme, ved dannelse af højenergi-mellemprodukter eller koblede reaktioner.

- Fremme proteinbiosyntesen i ribosomer ved at tillade forestring af aminosyrer med deres tilsvarende overførsels-RNA (tRNA) til dannelse af aminoacyl-tRNA.

- Fremme bevægelse af kemiske stoffer gennem cellemembraner. Der er fire typer af bærende proteiner: P, F, V og ABC. P-, F- og V-typen bærer ioner, og ABC-typen bærer underlag. For eksempel har Na ⁺ / K ⁺ ATPase, klasse P, brug for en ATP til at pumpe to K ⁺ ind i cellen og tre Na ^{+ ud}.

- Øg muskelkontraktionen. Tilvejebringer den energi, der dirigerer actinfilamentglid over myosin.

- Fremme nuklear transport. Når beta-underenheden i den heterodimere receptor binder til ATP, interagerer den med komponenter i det nukleare porekompleks.

Andre funktioner

Adenosin fungerer som en ligand for receptorproteiner, der er til stede i neuroner og celler i tarmepitelet, hvor det fungerer som en ekstracellulær eller neuromodulator messenger, når der sker ændringer i cellulær energimetabolisme.

Adenin er til stede i kraftfulde antivirale midler, såsom arabinosiladenin (araA), der produceres af nogle mikroorganismer. Derudover er det til stede i puromycin, et antibiotikum, der hæmmer proteinbiosyntesen og produceres af mikroorganismer af slægten Streptomyces.

I AMP fungerer det som et substrat til reaktioner, der genererer den anden messenger cykliske AMP (cAMP). Denne forbindelse, der er produceret af enzymet adenylat cyclase, er essentiel i de fleste af de intracellulære signaleringskaskader, som er nødvendig til celleproliferation og overlevelse såvel som betændelse og celledød.

Sulfat i dets frie tilstand er ikke reaktivt. Når den først kommer ind i cellen, omdannes den til adenosin-5'-phosphosulfat (APS) og derefter til 3'-phosphoadenosin-5'-phosphosulfat (PAPS). Hos pattedyr er PAPS donor af sulfatgrupper og danner organiske sulfatestere, såsom heparin og chondroitin.

Ved cysteinbiosyntese tjener S-adenosylmethionin (SAM) som en forløber for syntesen af S-adenosylhomocystein, der omdannes ved flere trin, katalyseret af enzymer, til cystein.

Prebiotisk syntese

Eksperimentelt er det blevet vist, at holde hydrogencyanid (HCN) og ammoniak (NH ₃) omsluttet, under laboratorieforhold svarende til dem, der herskede på tidlig Earth, er adenin produceret i den resulterende blanding. Dette sker uden behov for, at levende celle eller cellulært materiale er til stede.

Prebiotiske forhold inkluderer fraværet af frit molekylært ilt, en stærkt reducerende atmosfære, intens ultraviolet stråling, store elektriske buer som dem, der genereres i storme, og høje temperaturer. Dette antager, at adenin var den vigtigste og mest rigelige nitrogenbase dannet under prebiotisk kemi.

Således ville syntese af adenin udgøre et vigtigt trin, der ville gøre oprindelsen af de første celler mulig. Disse måtte have en membran, der dannede et lukket rum, indeni hvor molekylerne, der kræves for at opbygge de første biologiske polymerer, der var nødvendige for selvudvikling, kunne findes.

Brug som terapeutisk faktor og cellekultur

Adenin er sammen med andre organiske og uorganiske kemiske forbindelser en vigtig ingrediens i den opskrift, der bruges i alle biokemi, genetik, molekylærbiologi og mikrobiologiske laboratorier i verden til at dyrke celler, der er levedygtige over tid.

Dette skyldes, at vilde normale cellesorter kan detektere og indfange tilgængeligt adenin fra det omgivende miljø og bruge det til at syntetisere deres egne adeninnukleosider.

Dette er en form for celleoverlevelse, der sparer interne ressourcer ved at syntetisere mere komplekse biologiske molekyler fra enkle forstadier taget udefra.

I eksperimentelle modeller af kronisk nyresygdom har mus en mutation i adeninphosphoribosyltransferase-genet, der producerer et inaktivt enzym. Disse mus administreres kommercielle opløsninger indeholdende adenin, natriumcitrat og glukose, intravenøst, for at fremme hurtig opsving.

Denne behandling er baseret på det faktum, at PRPP, den indledende metabolit til purinbiosyntesen, syntetiseres fra ribose-5-phosphat gennem pentosefosfatbanen, hvis udgangsmetabolit er glucose-6-phosphat. Mange af disse løsninger er imidlertid ikke godkendt af internationale tilsynsorganer til menneskelig brug.

Referencer

Burnstock, G. 2014. Puriner og Purinoceptors. Molekylærbiologisk oversigt. Referencer Moduler i biomedicinske videnskaber. Word Wide Web-adresse:
Claramount, D. et al. 2015. Dyremodeller af pædiatrisk kronisk sygdom. Nefrologi, 35 (6): 517-22.
Coade, S. og Pearson, J. 1989. Metabolisme af adeninnukleotider. Circulation Research, 65: 531-37
Dawson, R. et al. 1986. Data til biokemisk forskning. Clarendon Press, Oxford.
DrougBank. 2019. Adenine Chemichal Sheet. Word Wide Web-adresse:
Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. og Rawn, D. 2008. Principles of Biochemistry. 4. udgave. Pearson Uddannelse.
Knight, G. 2009. Purinergiske receptorer. Encyclopedia of Neuroscience. 1245-1252. Word Wide Web-adresse:
Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biokemi. 3. udgave.
Murgola, E. 2003. Adenine. Encyclopedia of Genetics. Word Wide Web-adresse:
Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. 26 ^th Edition. McGraw-Hill-virksomheder.
Nelson, DL & Cox, M. 1994. Lehninger. Principper for biokemi. 4. udgave. Ed Omega.
Sigma-Aldrich. 2019. Adenine Chemical Sheet. Word Wide Web-adresse:

ADENIN: STRUKTUR, BIOSYNTESE, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025