АДЕНИН: СТРУКТУРА, БИОСИНТЕЗА, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2024

В аденин е нуклеобаза тип пурин намерени в рибонуклеинови киселини (РНК) и дезоксирибонуклеинова (ДНК) на живи организми и вируси. Някои от функциите на тези биополимери (РНК и ДНК) са съхранение, репликация, рекомбинация и пренос на генетична информация.

За да се образуват нуклеинови киселини, първо азотният атом 9 на аденина образува гликозидна връзка с основния въглерод 1 (С1 ') на рибоза (на РНК) или 2'-дезоксирибоза (на ДНК). По този начин аденинът образува нуклеозид аденозин или аденозин.

Източник: Pepemonbu

Второ, хидроксилната група (-ОН) върху 5 'въглерод от захарта (рибоза или 2'-дезоксирибоза) на аденозин, образува естерна връзка с фосфатна група.

В живите клетки, в зависимост от броя на присъстващите фосфатни групи, той може да бъде аденозин-5'-монофосфат (AMP), аденозин-5'-дифосфат (ADP) и аденозин-5'-трифосфат (АТФ). Съществуват също еквиваленти, притежаващи 2'-дезоксирибоза. Например, дезоксиаденозин-5'-монофосфат (dAMP) и т.н.

Структура и характеристики

Аденинът, наречен 6-аминопурин, има емпиричната формула C ₅ H ₅ N ₅ и има молекулно тегло 135,13 g / mol, пречистен като бледо жълто твърдо вещество, с точка на кипене 360 ° C.

Молекулата му има химическа структура с двоен пръстен с конюгирани двойни връзки, която е сливането на пиримидин с имидазолова група. Поради това аденинът е плоска хетероциклична молекула.

Той има относителна разтворимост от 0.10 g / mL (при 25 ° C), в кисели и основни водни разтвори, с рКа 4.15 (при 25 ° С).

По същата причина той може да бъде открит чрез абсорбция при 263 nm (с коефициент на абсорбция E ^{1.2 mM} = 13.2 M ^-1.cm ^-1 в 1.0 M HCl), площ от електромагнитния спектър съответстващи на близо ултравиолетово.

Биосинтеза

Пуриновата нуклеотидна биосинтеза е идентична на практика при всички живи същества. Започва с прехвърлянето на аминогрупа от глутамин към субстрата 5-фосфорибозил-1-пирофосфат (PRPP) и произвежда 5-фосфорибозиламин (PRA).

Това е реакция, катализирана от глутамин-PRPP трансфераза, ключов ензим в регулацията на този метаболитен път.

След последователни добавяния на аминокиселини, глутамин, глицин, methenyl-фолат, аспартат, N ¹⁰ -формил-фолат за PRA, които включват кондензации и затваряне на пръстена, инозин-5'-монофосфат (IMP) се получава, чиято хетероциклична единица е хипоксантин (6-оксипурин).

Тези добавки се задвижват от хидролизата на ATP до ADP и неорганичен фосфат (Pi). Впоследствие, аминогрупа от аспартат се добавя към IMP, в реакция, съчетана с хидролизата на гуанозин-трифосфат (GTP), за да генерира окончателно AMP.

Последният упражнява контрол на този биосинтетичен път чрез отрицателна обратна връзка, въздействайки върху ензимите, които катализират образуването на PRA и модификацията на IMP.

Както при разграждането на други нуклеотиди, азотната основа на аденозиновите нуклеотиди преминава през процес, наречен "рециклиране".

Рециклирането се състои в прехвърлянето на фосфатна група от PRPP към аденин и образува AMP и пирофосфат (PPi). Това е един етап, катализиран от ензима аденин фосфорибозилтрансфераза.

Роли в окислителния и редукционния метаболизъм

Аденинът е част от няколко важни молекули в окислителния метаболизъм, които са следните:

1. Флавин аденин динуклеотид (FAD / FADH ₂) и никотинамид аденин динуклеотид (NAD ⁺ / NADH), които участват в реакции на редукция на окислението чрез прехвърляне на хидридни йони (: H ^-).
2. Коензим А (CoA), който участва в активирането и трансфера на ацилни групи.

По време на окислителния метаболизъм, NAD ⁺ функционира като субстрат за приемане на електрон (хидридни йони) и образува NADH. Докато FAD е кофактор, който приема електрони и става FADH ₂.

От друга страна, аденинът образува никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADP ⁺ / NADPH), който участва в редукционния метаболизъм. Например, NADPH е субстрат на донора на електрон по време на биосинтеза на липиди и дезоксирибонуклеотиди.

Аденинът е част от витамините. Например ниацинът е предшественик на NAD ⁺ и NADP ^+, а рибофлавинът е предшественик на FAD.

Функции в генната експресия

Аденин и е част от S-аденозилметионин (SAM), което е метилов радикал донор (-СН ₃) и участва в метилиране на аденин и цитозинови остатъци в прокариоти и еукариоти.

При прокариотите метилирането осигурява собствена система за разпознаване на ДНК, като по този начин защитава ДНК от собствените рестриктивни ензими.

При еукариотите метилирането определя експресията на гените; т. е. тя установява кои гени трябва да бъдат експресирани и кои не. В допълнение, адениновите метилирания могат да маркират места за поправяне на повредена ДНК.

Много протеини, които се свързват с ДНК, като транскрипционни фактори, имат аминокиселинни остатъци глутамин и аспарагин, които образуват водородни връзки с N ⁷ атом на аденин.

Функции в енергийния метаболизъм

Аденинът е част от АТФ, който е високоенергийна молекула; т. е. хидролизата му е ексергонична, а свободната енергия на Гибс е висока и отрицателна стойност (-7,0 Kcal / mol). В клетките ATP участва в много реакции, които изискват енергия, като например:

- Насърчаване на ендергоничните химични реакции, катализирани от ензимите, които участват в междинен метаболизъм и в анаболизъм, чрез образуване на високоенергийни междинни продукти или свързани реакции.

- Насърчаване на биосинтезата на протеин в рибозомите, като позволява естерификацията на аминокиселини със съответната им трансферна РНК (tRNA) да образува аминоацил-тРНК.

- насърчават движението на химични вещества през клетъчните мембрани. Има четири типа протеини-носители: P, F, V и ABC. Типовете P, F и V носят йони, а типът ABC носи субстрати. Например, Na ⁺ / K ⁺ ATPase, клас P, се нуждае от един ATP, за да изпомпва две K ⁺ в клетката и три Na ^{+ навън}.

- Увеличете свиването на мускулите. Осигурява енергията, която насочва актиновите нишки към плъзгане върху миозина.

- Насърчаване на ядрения транспорт. Когато бета субединицата на хетеродимерния рецептор се свързва с АТФ, той взаимодейства с компоненти от ядрения порен комплекс.

Други функции

Аденозинът служи като лиганд за рецепторните протеини, присъстващи в невроните и клетките на чревния епител, където той действа като извънклетъчен или невромодулаторен вестител, когато се появят промени в клетъчния енергиен метаболизъм.

Аденинът присъства в мощни антивирусни средства като арабиносиладенин (araA), който се произвежда от някои микроорганизми. Освен това той присъства в пуромицин, антибиотик, който инхибира протеиновата биосинтеза и се произвежда от микроорганизми от рода Streptomyces.

В AMP той служи като субстрат за реакции, които генерират втория цикличен AMP на месинджъра (cAMP). Това съединение, произведено от ензима аденилатциклаза, е от съществено значение за повечето вътреклетъчни сигнални каскади, необходими за клетъчна пролиферация и оцеляване, както и за възпаление и клетъчна смърт.

Сулфатът в свободно състояние не е реактивен. След като влезе в клетката, тя се преобразува в аденозин-5'-фосфосулфат (APS) и впоследствие до 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосулфат (PAPS). При бозайниците PAPS е донор на сулфатни групи и образува органични сулфатни естери като тези на хепарин и хондроитин.

В биосинтезата на цистеин S-аденозилметионин (SAM) служи като прекурсор за синтеза на S-аденозилхомоцистеин, който се трансформира чрез няколко етапа, катализиран от ензими, в цистеин.

Пребиотичен синтез

Експериментално е доказано, че поддържането на циановодород (HCN) и амоняк (NH ₃) затворена, в лабораторни условия, подобни на тези, които преобладават в началото на Земята, аденин се произвежда в получената смес. Това се случва, без да е необходимо присъствие на жива клетка или клетъчен материал.

Пребиотичните условия включват липсата на свободен молекулен кислород, силно намаляваща атмосфера, интензивно ултравиолетово лъчение, големи електрически дъги, като тези, създадени в бури, и високи температури. Това предполага, че аденинът е бил основната и най-обилна азотна основа, образувана по време на пребиотичната химия.

По този начин синтезът на аденин би представлявал ключова стъпка, която би направила възможно произхода на първите клетки. Те трябваше да имат мембрана, която образува затворено отделение, вътре в което да се намерят молекулите, необходими за изграждането на първите биологични полимери, необходими за самоусъвършенстване.

Използвайте като терапевтичен и клетъчен културен фактор

Аденинът, заедно с други органични и неорганични химични съединения, е основна съставка в рецептата, използвана във всички лаборатории по биохимия, генетика, молекулярна биология и микробиология в света, за да расте клетките, които са жизнеспособни във времето.

Това е така, защото дивите нормални клетъчни сортове могат да откриват и улавят наличния аденин от заобикалящата ги среда и да го използват за синтезиране на собствени аденинови нуклеозиди.

Това е форма на оцеляване на клетките, която спестява вътрешни ресурси, като синтезира по-сложни биологични молекули от прости предшественици, взети отвън.

В експериментални модели на хронично бъбречно заболяване мишките имат мутация в гена на аденин фосфорибозилтрансфераза, който произвежда неактивен ензим. На тези мишки се прилагат търговски разтвори, съдържащи аденин, натриев цитрат и глюкоза венозно, за да се насърчи бързото възстановяване.

Това лечение се основава на факта, че PRPP, първоначалният метаболит за биосинтеза на пурина, се синтезира от рибоза-5-фосфат през пътя на пентоза фосфат, чийто изходен метаболит е глюкозо-6-фосфат. Много от тези решения обаче не са одобрени от международни регулаторни органи за хуманна употреба.

Препратки

1. Burnstock, G. 2014. Пурини и пуриноцептори. Преглед на молекулярната биология Референции Модули в биомедицинските науки. Word Wide Web address:
2. Claramount, D. et al. 2015. Животински модели на детска хронична болест. Нефрология, 35 (6): 517-22.
3. Coade, S. and Pearson, J. 1989. Метаболизъм на аденинови нуклеотиди. Circulation Research, 65: 531-37
4. Dawson, R. et al. 1986. Данни за биохимични изследвания. Clarendon Press, Оксфорд.
5. DrougBank. 2019. Лист на Аденин Химикал. Word Wide Web address:
6. Хортън, R; Моран, L; Scrimgeour, G; Perry, M. and Rawn, D. 2008. Принципи на биохимията. 4-то издание. Pearson Education.
7. Найт, Г. 2009. Пуринергични рецептори. Енциклопедия на невронауката. 1245-52. Word Wide Web address:
8. Матюс, Ван Холд, Ахерн. 2001. Биохимия. 3-то издание.
9. Мургола, Е. 2003. Аденин. Енциклопедия на генетиката. Word Wide Web address:
10. Мъри, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Илюстрирана биохимия на Harper's. 26 ^-то издание. Компании McGraw-Hill.
11. Nelson, DL & Cox, M. 1994. Lehninger. Принципи на биохимията. 4-то издание. Ед Омега.
12. Sigma-Aldrich. 2019. Аденинов химически лист. Word Wide Web address: