ADENIN: STRUKTURA, BIOSYNTÉZA, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Adenin je nukleobáze typ purin nalézt v ribonukleové kyseliny (RNA) a deoxyribonukleové (DNA) živých organismů a virů. Některé z funkcí těchto biopolymerů (RNA a DNA) jsou ukládání, replikace, rekombinace a přenos genetické informace.

K vytvoření nukleových kyselin nejprve atom 9 dusíku adeninu vytvoří glykosidickou vazbu s primárním uhlíkem 1 (Cl ') ribózy (RNA) nebo 2'-deoxyribózy (DNA). Tímto způsobem adenin tvoří nukleosidový adenosin nebo adenosin.

Zdroj: Pepemonbu

Za druhé, hydroxylová skupina (-OH) na 5 'uhlíku cukru (ribosa nebo 2'-deoxyribóza), adenosinu, tvoří esterovou vazbu s fosfátovou skupinou.

V živých buňkách může být v závislosti na počtu přítomných fosfátových skupin adenosin-5'-monofosfát (AMP), adenosin-5'-difosfát (ADP) a adenosin-5'-trifosfát (ATP). Rovněž existují ekvivalenty mající 2'-deoxyribózu. Například deoxyadenosin-5'-monofosfát (dAMP) atd.

Struktura a vlastnosti

Adenin, tzv 6-aminopurin, má empirický vzorec C ₅ H ₅ N ₅, a má molekulovou hmotnost 135.13 g / mol, se přečistí ve formě světle žluté pevné látky, s teplotou varu 360ºC.

Jeho molekula má dvojitou kruhovou chemickou strukturu s konjugovanými dvojnými vazbami, což je fúze pyrimidinu s imidazolovou skupinou. Z tohoto důvodu je adenin plochou heterocyklickou molekulou.

Má relativní rozpustnost 0,10 g / ml (při 25 ° C), v kyselých a zásaditých vodných roztocích, s pKa 4,15 (při 25 ° C).

Ze stejného důvodu je schopen detekovat absorbanci při 263 nm (s absorpčním koeficientem E ^{1,2 mM} = 13,2 M ^-1.cm ^-1 v 1,0 M HCI), což je oblast elektromagnetického spektra odpovídající téměř ultrafialovému záření.

Biosyntéza

Biosyntéza purinového nukleotidu je identická prakticky ve všech živých věcech. Začíná přenosem aminoskupiny z glutaminu na substrát 5-fosforibosyl-l-pyrofosfát (PRPP) a produkuje 5-fosforibosylamin (PRA).

Toto je reakce katalyzovaná glutamin-PRPP transferázou, klíčovým enzymem v regulaci této metabolické dráhy.

Po postupných přídavků aminokyselin glutamin, glycin, methenyl-folátu, aspartát, N ¹⁰ -formyl-folátu na PRA, které zahrnují kondenzaci a uzavření kruhu, inosin-5'-monofosfátu (IMP) se vyrábí, jehož heterocyklická jednotka hypoxanthin (6-oxypurin).

Tyto přísady jsou řízeny hydrolýzou ATP na ADP a anorganického fosfátu (Pi). Následně se k IMP přidá aminoskupina z aspartátu v reakci spojené s hydrolýzou guanosintrifosfátu (GTP), aby se nakonec vytvořil AMP.

Ten provádí kontrolu této biosyntetické dráhy prostřednictvím negativní zpětné vazby a působí na enzymy, které katalyzují tvorbu PRA a modifikaci IMP.

Jak s rozpadem jiných nukleotides, dusíkatá báze adenosine nukleotides podstoupí proces volal “recyklaci.”

Recyklace spočívá v přenosu fosfátové skupiny z PRPP na adenin a tvoří AMP a pyrofosfát (PPi). Je to jediný krok katalyzovaný enzymem adenin-fosforibosyltransferáza.

Role v oxidačním a redukčním metabolismu

Adenin je součástí několika důležitých molekul v oxidačním metabolismu, které jsou následující:

1. Flavin adenin dinukleotid (FAD / FADH ₂) a nikotinamid adenin dinukleotid (NAD ⁺ / NADH), které se účastní oxidačně-redukčních reakcí přenosem hydridových iontů (H ^-).
2. Koenzym A (CoA), který se podílí na aktivaci a přenosu acylových skupin.

Během oxidačního metabolismu NAD ⁺ funguje jako substrát akceptoru elektronů (hydridové ionty) a tvoří NADH. Zatímco FAD je kofaktor, který přijímá elektrony a stává se FADH ₂.

Na druhou stranu adenin tvoří nikotinamid adenin dinukleotidfosfát (NADP ⁺ / NADPH), který se podílí na redukčním metabolismu. Například NADPH je substrát pro donory elektronů během biosyntézy lipidů a deoxyribonukleotidů.

Adenin je součástí vitamínů. Například niacin je prekurzorem NAD ⁺ a NADP ⁺ a riboflavin je prekurzorem FAD.

Funkce v genové expresi

Adenin je součástí S-adenosylmethionin (SAM), která je methylový zbytek dárce (CH ₃) a podílí se na methylaci adeninu a cytosinových zbytků v prokaryot a eukaryot.

V prokaryotech poskytuje methylace svůj vlastní systém rozpoznávání DNA, čímž chrání DNA před svými vlastními restrikčními enzymy.

V eukaryotoch methylace určuje expresi genů; to znamená, že stanoví, které geny by měly být exprimovány a které by neměly. Kromě toho mohou methylace adeninu značit místa opravy poškozené DNA.

Mnoho proteinů, které se váží na DNA, jako jsou transkripční faktory, mají amino glutaminových zbytků kyseliny a asparagin, které tvoří vodíkové vazby s N ⁷ atomu adeninu.

Funkce metabolismu energie

Adenin je součástí ATP, což je molekula s vysokou energií; to znamená, že jeho hydrolýza je exergonická a Gibbsova volná energie je vysoká a záporná hodnota (-7,0 Kcal / mol). V buňkách se ATP účastní mnoha reakcí, které vyžadují energii, například:

- Podporovat endergonické chemické reakce katalyzované enzymy, které se účastní intermediárního metabolismu a anabolismu, prostřednictvím tvorby vysokoenergetických meziproduktů nebo spojených reakcí.

- Podporovat biosyntézu bílkovin v ribozomech tím, že se umožní esterifikace aminokyselin s jejich odpovídající přenosovou RNA (tRNA) za vzniku aminoacyl-tRNA.

- Podporovat pohyb chemických látek přes buněčné membrány. Existují čtyři typy nosičových proteinů: P, F, V a ABC. Typy P, F a V nesou ionty a typ ABC nese substráty. Například Na ⁺ / K ⁺ ATPáza, třída P, potřebuje jeden ATP k pumpování dvou K ⁺ do buňky a tři Na ^{+ ven}.

- Zvýšení svalové kontrakce. Poskytuje energii, která směruje klouzání aktinového vlákna přes myosin.

- Podporovat jadernou dopravu. Když se beta podjednotka heterodimerního receptoru váže na ATP, interaguje se složkami komplexu jaderných pórů.

Další funkce

Adenosin slouží jako ligand pro receptorové proteiny přítomné v neuronech a buňkách střevního epitelu, kde působí jako extracelulární nebo neuromodulátorový posel, když se vyskytují změny v metabolismu buněčné energie.

Adenin je přítomen v silných antivirových činidlech, jako je arabinosiladenin (araA), který je produkován některými mikroorganismy. Kromě toho je přítomen v puromycinu, antibiotiku, které inhibuje biosyntézu proteinu a je produkováno mikroorganismy rodu Streptomyces.

V AMP slouží jako substrát pro reakce, které generují druhý messenger cyklický AMP (cAMP). Tato sloučenina, produkovaná enzymem adenylátcykláza, je nezbytná ve většině intracelulárních signálních kaskád, nezbytná pro buněčnou proliferaci a přežití, jakož i pro zánět a buněčnou smrt.

Síran ve svém volném stavu není reaktivní. Jakmile vstoupí do buňky, stává se adenosin-5'-fosfosulfátem (APS) a následně 3'-fosfoadenosin-5'-fosfosulfátem (PAPS). U savců je PAPS dárcem sulfátových skupin a tvoří organické sulfátové estery, jako jsou estery heparinu a chondroitinu.

V biosyntéze cysteinu slouží S-adenosylmethionin (SAM) jako prekurzor pro syntézu S-adenosylhomocysteinu, který je transformován několika kroky, katalyzovanými enzymy, na cystein.

Prebiotická syntéza

Experimentálně bylo prokázáno, že vedení kyanovodík (HCN) a amoniaku (NH ₃) uzavřený, v laboratorních podmínkách podobných těm, které převládaly na počátku Zemi, adenin se vyrábí ve výsledné směsi. K tomu dochází bez potřeby přítomnosti jakékoli živé buňky nebo buněčného materiálu.

Prebiotické podmínky zahrnují nepřítomnost volného molekulárního kyslíku, vysoce redukující atmosféru, intenzivní ultrafialové záření, velké elektrické oblouky, jako jsou ty, které se vytvářejí v bouřích, a vysoké teploty. To předpokládá, že adenin byl hlavní a nejhojnější dusíkatou bází vytvořenou během prebiotické chemie.

Syntéza adeninu by tedy představovala klíčový krok, který by umožnil vznik prvních buněk. Ty musely mít membránu, která tvořila uzavřený oddíl, uvnitř kterého by byly nalezeny molekuly potřebné k vytvoření prvních biologických polymerů nezbytných pro vlastní perpetuaci.

Použití jako terapeutický faktor a faktor buněčné kultury

Adenin je spolu s dalšími organickými a anorganickými chemickými sloučeninami nezbytnou součástí receptury používané ve všech biochemických, genetických, molekulárních biologiích a mikrobiologických laboratořích na světě k růstu buněk, které jsou životaschopné v průběhu času.

Důvodem je, že divoké normální buněčné odrůdy mohou detekovat a zachytit dostupný adenin z okolního prostředí a použít jej k syntéze svých vlastních adeninových nukleosidů.

Jedná se o formu přežití buněk, která šetří vnitřní zdroje syntézou složitějších biologických molekul z jednoduchých prekurzorů odebraných z vnějšku.

V experimentálních modelech chronického onemocnění ledvin mají myši mutaci v genu adeninové fosforibosyltransferázy, který produkuje inaktivní enzym. Těmto myším se intravenózně podávají komerční roztoky obsahující adenin, citrát sodný a glukózu, aby se podpořilo rychlé zotavení.

Toto ošetření je založeno na skutečnosti, že PRPP, výchozí metabolit pro biosyntézu purinu, je syntetizován z ribosy-5-fosfátu cestou pentózofosfátu, jehož výchozím metabolitem je glukóza-6-fosfát. Mnoho z těchto řešení však není schváleno mezinárodními regulačními orgány pro lidské použití.

Reference

1. Burnstock, G. 2014. Puriny a purinoceptory. Přehled molekulární biologie. Reference Moduly v biomedicínských vědách. Webová adresa Word:
2. Claramount, D. a kol. 2015. Zvířecí modely dětské chronické choroby. Nephrology, 35 (6): 517-22.
3. Coade, S. a Pearson, J. 1989. Metabolismus adeninových nukleotidů. Circulation Research, 65: 531-37
4. Dawson, R. a kol. 1986. Data for Biochemical Research. Clarendon Press, Oxford.
5. DrougBank. 2019. Adenine Chemichal Sheet. Webová adresa Word:
6. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. a Rawn, D. 2008. Principy biochemie. 4. vydání. Pearsonovo vzdělávání.
7. Knight, G. 2009. Purinergní receptory. Encyklopedie neurověd. 1245-52. Webová adresa Word:
8. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biochemie. 3. vydání.
9. Murgola, E. 2003. Adenine. Encyklopedie genetiky. Webová adresa Word:
10. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harperova Ilustrovaná biochemie. 26 ^th Edition. Společnosti McGraw-Hill.
11. Nelson, DL & Cox, M. 1994. Lehninger. Základy biochemie. 4. vydání. Ed Omega.
12. Sigma-Aldrich. 2019. Adeninový chemický list. Webová adresa Word: