ADENIN: STRUKTUR, BIOSYNTES, FUNKTIONER - BIOLOGI

Den adenin är nukleobas purin typ som finns i ribonukleinsyror (RNA) och deoxiribonukleinsyra (DNA) av levande organismer och virus. Några av funktionerna för dessa biopolymerer (RNA och DNA) är lagring, replikering, rekombination och överföring av genetisk information.

För att utgöra nukleinsyror bildar först kväveatomen 9 i adenin en glykosidbindning med det primära kolet 1 (C1 ') av ribos (av RNA) eller 2'-deoxiribos (av DNA). På detta sätt bildar adenin nukleosiden adenosin eller adenosin.

Källa: Pepemonbu

För det andra bildar hydroxylgruppen (-OH) på 5'-kolet i sockret (ribos eller 2'-deoxiribos) av adenosin en esterbindning med en fosfatgrupp.

I levande celler, beroende på antalet närvarande fosfatgrupper, kan det vara adenosin-5'-monofosfat (AMP), adenosin-5'-difosfat (ADP) och adenosin-5'-trifosfat (ATP). Ekvivalenter som har 2′-deoxiribos finns också. Till exempel deoxyadenosin-5'-monofosfat (dAMP), etc.

Struktur och egenskaper

Adenin, kallad 6-aminopurin, har den empiriska formeln C ₅ H ₅ N ₅ , och har en molekylvikt av 135,13 g / mol, som renas som ett blekgult fast ämne, med en kokpunkt av 360ºC.

Dess molekyl har en kemisk dubbelringstruktur med konjugerade dubbelbindningar, vilket är fusionen av en pyrimidin med en imidazolgrupp. På grund av detta är adenin en platt heterocyklisk molekyl.

Den har en relativ löslighet på 0,10 g / ml (vid 25 ºC), i sura och basiska vattenlösningar, med en pKa av 4,15 (vid 25 ºC).

Av samma skäl kan den detekteras genom absorbans vid 263 nm (med en absorptionskoefficient av E ^{1,2 mM} = 13,2 M ^-1. Cm ^-1 i 1,0 M HCl), ett område av det elektromagnetiska spektrumet motsvarande nära ultraviolett.

Biosyntes

Purin-nukleotidbiosyntesen är identisk i praktiskt taget alla levande saker. Det börjar med överföringen av en aminogrupp från glutamin till 5-fosforibosyl-1-pyrofosfat (PRPP) och producerar 5-fosforibosylamin (PRA).

Detta är en reaktion katalyserad av glutamin-PRPP-transferas, ett viktigt enzym i regleringen av denna metabola väg.

Efter sekventiella tillsatser av aminosyrorna glutamin, glycin, metenyl-folat, aspartat, N ^10- formyl-folat till PRA, som inkluderar kondensationer och ringstängning, produceras inosin-5'-monofosfat (IMP), vars heterocykliska enhet är hypoxantin (6-oxypurin).

Dessa tillsatser drivs av hydrolysen av ATP till ADP och oorganiskt fosfat (Pi). Därefter tillsätts en aminogrupp från aspartat till IMP, i en reaktion i kombination med hydrolysen av guanosin-trifosfat (GTP), för att slutligen generera AMP.

Den senare utövar kontroll av denna biosyntetiska väg genom negativ återkoppling, och verkar på enzymerna som katalyserar bildningen av PRA och modifieringen av IMP.

Liksom med nedbrytningen av andra nukleotider genomgår den kvävehaltiga basen av adenosinnukleotider en process som kallas "återvinning".

Återvinning består av överföringen av en fosfatgrupp från PRPP till adenin och bildar AMP och pyrofosfat (PPi). Det är ett enda steg katalyserat av enzymet adeninfosforibosyltransferas.

Roller i oxidativ och reduktiv metabolism

Adenin är en del av flera viktiga molekyler i oxidativ metabolism, som är följande:

Flavin adenindinukleotid (FAD / FADH ₂ ) och nikotinamid adenindinukleotid (NAD ⁺ / NADH), som deltar i oxidationsreduktionsreaktioner genom att överföra hydridjoner (: H ^- ).
Koenzym A (CoA), som deltar i aktiveringen och överföringen av acylgrupper.

Under oxidativ metabolism fungerar NAD ⁺ som ett elektronacceptorsubstrat (hydridjoner) och bildar NADH. FAD är en kofaktor som tar emot elektroner och blir FADH ₂ .

Å andra sidan bildar adenin nikotinamid adenindinukleotidfosfat (NADP ⁺ / NADPH), som deltar i reduktiv metabolism. Till exempel är NADPH ett elektroniskt givarsubstrat under lipids- och deoxiribonukleotidbiosyntes.

Adenin är en del av vitaminerna. Till exempel är niacin föregångaren till NAD ⁺ och NADP ⁺ och riboflavin är föregångaren till FAD.

Funktioner i genuttryck

Adenin är en del av S-adenosylmetionin (SAM), som är en metylradikal donator (-CH ₃ ) och deltar i metylering av adenin och cytosinrester i prokaryoter och eukaryoter.

I prokaryoter tillhandahåller metylering sitt eget DNA-igenkänningssystem och skyddar därmed DNA från sina egna restriktiva enzymer.

I eukaryoter avgör metylering uttrycket av gener; det vill säga den fastställer vilka gener som ska uttryckas och vilka inte. Dessutom kan adeninmetyleringar markera reparationsplatser för skadat DNA.

Många proteiner som binder till DNA, såsom transkriptionsfaktorer, har aminosyrarester glutamin och asparagin som bildar vätebindningar med den N ⁷ atom adenin.

Funktioner i energimetabolism

Adenin är en del av ATP, som är en högenergimolekyl; det vill säga dess hydrolys är exergonisk och Gibbs fria energi är ett högt och negativt värde (-7,0 Kcal / mol). I celler deltar ATP i många reaktioner som kräver energi, såsom:

- Främja endergoniska kemiska reaktioner katalyserade av enzymer som deltar i mellanliggande metabolism och i anabolism, genom bildning av högenergi-mellanprodukter eller kopplade reaktioner.

- Främja proteinbiosyntes i ribosomer genom att tillåta förestring av aminosyror med deras motsvarande överförings-RNA (tRNA) att bilda aminoacyl-tRNA.

- Främja rörelsen av kemiska ämnen genom cellmembranen. Det finns fyra typer av bärarproteiner: P, F, V och ABC. P-, F- och V-typen bär joner och ABC-typen bär substrat. Till exempel behöver Na ⁺ / K ⁺ ATPas , klass P, en ATP för att pumpa två K ⁺ in i cellen och tre Na ^{+ ut} .

- Öka muskelsammandragningen. Tillhandahåller energin som leder actinfilamentglid över myosin.

- Främja kärnkrafttransport. När beta-subenheten för den heterodimera receptorn binder till ATP, interagerar den med komponenter i kärnporekomplexet.

Andra funktioner

Adenosin fungerar som en ligand för receptorproteiner som finns i nervceller och celler i tarmepitelet, där det fungerar som en extracellulär eller neuromodulator messenger, när förändringar sker i cellulär energimetabolism.

Adenin finns i kraftfulla antivirala medel såsom arabinosiladenin (araA), som produceras av vissa mikroorganismer. Dessutom finns det i puromycin, ett antibiotikum som hämmar proteinbiosyntes och produceras av mikroorganismer av släktet Streptomyces.

I AMP fungerar det som ett substrat för reaktioner som genererar den andra messengercykliska AMP (cAMP). Denna förening, producerad av enzymet adenylatcyklas, är nödvändig i de flesta av de intracellulära signaleringskaskaderna, nödvändig för cellproliferation och överlevnad, såväl som inflammation och celldöd.

Sulfat i dess fria tillstånd är inte reaktivt. När den väl kommer in i cellen omvandlas den till adenosin-5'-fosfosulfat (APS) och därefter till 3'-fosfoadenosin-5'-fosfosulfat (PAPS). Hos däggdjur är PAPS givare av sulfatgrupper och bildar organiska sulfatestrar såsom de av heparin och kondroitin.

Vid cysteinbiosyntes fungerar S-adenosylmetionin (SAM) som en föregångare för syntesen av S-adenosylhomocystein, som transformeras i flera steg, katalyserad av enzymer, till cystein.

Prebiotisk syntes

Experimentellt har det visats att hålla vätecyanid (HCN) och ammoniak (NH ₃ ) innesluten , under laboratoriebetingelser liknande dem som rådde på tidig jorden, är adenin framställs i den resulterande blandningen. Detta inträffar utan att någon levande cell eller cellulärt material är närvarande.

Prebiotiska förhållanden inkluderar frånvaron av fritt molekylärt syre, en mycket reducerande atmosfär, intensiv ultraviolett strålning, stora elektriska bågar som de som genereras i stormar och höga temperaturer. Detta antar att adenin var den huvudsakliga och vanligaste kvävebasen som bildades under prebiotisk kemi.

Således skulle syntesen av adenin utgöra ett viktigt steg som skulle möjliggöra ursprunget för de första cellerna. Dessa måste ha ett membran som bildade ett slutet fack, inuti vilket molekylerna som krävs för att bygga de första biologiska polymererna som behövs för självförstärkning skulle hittas.

Använd som terapeutisk faktor och cellodlingsfaktor

Adenin är, tillsammans med andra organiska och oorganiska kemiska föreningar, en viktig ingrediens i receptet som används i all biokemi, genetik, molekylärbiologi och mikrobiologiska laboratorier i världen för att odla celler som är livskraftiga över tid.

Detta beror på att vilda normala cellvarianter kan upptäcka och fånga tillgängligt adenin från den omgivande miljön och använda det för att syntetisera sina egna adeninkärnosider.

Detta är en form av cellöverlevnad som sparar interna resurser genom att syntetisera mer komplexa biologiska molekyler från enkla prekursorer tagna från utsidan.

I experimentella modeller av kronisk njursjukdom har möss en mutation i adeninfosforibosyltransferasgenen som producerar ett inaktivt enzym. Dessa möss administreras kommersiella lösningar innehållande adenin, natriumcitrat och glukos, intravenöst, för att främja snabb återhämtning.

Denna behandling är baserad på det faktum att PRPP, den initiala metabolitten för purinbiosyntes, syntetiseras från ribos-5-fosfat genom pentosfosfatvägen, vars utgångsmetabolit är glukos-6-fosfat. Många av dessa lösningar är emellertid inte godkända av internationella regleringsorgan för mänskligt bruk.

referenser

Burnstock, G. 2014. Puriner och Purinoceptors. Molekylärbiologiöversikt. Referenser Moduler i biomedicinska vetenskaper. Word bred webbadress: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.04741-3
Claramount, D. et al. 2015. Djurmodeller av pediatrisk kronisk sjukdom. Nefrologi, 35 (6): 517-22.
Coade, S. och Pearson, J. 1989. Metabolism av adeninnukleotider. Circulation Research, 65: 531-37
Dawson, R. et al. 1986. Data för biokemisk forskning. Clarendon Press, Oxford.
DrougBank. 2019. Adenine Chemichal Sheet. Word bred webbadress: https://www.drugbank.ca/drugs/DB00173
Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. och Rawn, D. 2008. Principles of Biochemistry. 4: e upplagan. Pearson Education.
Knight, G. 2009. Purinergic Receptors. Encyclopedia of Neuroscience. 1245-1252. Word bred webbadress: https://doi.org/10.1016/B978-008045046-9.00693-8
Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biokemi. 3: e upplagan.
Murgola, E. 2003. Adenine. Encyclopedia of Genetics. Word bred webbadress: https://doi.org/10.1006/rwgn.2001.0008
Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. 26: ^e upplagan. McGraw-Hill-företag.
Nelson, DL & Cox, M. 1994. Lehninger. Principer för biokemi. 4: e upplagan. Ed Omega.
Sigma-Aldrich. 2019. Adenine Chemical Sheet. Word bred webbadress: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/ga8626?lang=en

ADENIN: STRUKTUR, BIOSYNTES, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025