ADENÍN: ŠTRUKTÚRA, BIOSYNTÉZA, FUNKCIE - BIOLÓGIE

Adenín je nukleobáze typ purín nájsť v ribonukleovej kyseliny (RNA) a deoxyribonukleovej (DNA) živých organizmov a vírusov. Niektoré z funkcií týchto biopolymérov (RNA a DNA) sú ukladanie, replikácia, rekombinácia a prenos genetickej informácie.

Na vytvorenie nukleových kyselín najskôr atóm dusíka 9 adenínu vytvorí glykozidovú väzbu s primárnym uhlíkom 1 (Cl ') ribózy (RNA) alebo 2'-deoxyribózy (DNA). Týmto spôsobom adenín vytvára nukleozid adenozín alebo adenozín.

Zdroj: Pepemonbu

Po druhé, hydroxylová skupina (-OH) na 5 'uhlíku cukru (ribóza alebo 2'-deoxyribóza) adenozínu tvorí esterovú väzbu s fosfátovou skupinou.

V živých bunkách to môže byť v závislosti od počtu prítomných fosfátových skupín adenozín-5'-monofosfát (AMP), adenozín-5'-difosfát (ADP) a adenozín-5'-trifosfát (ATP). Existujú tiež ekvivalenty, ktoré majú 2'-deoxyribózu. Napríklad deoxyadenosín-5'-monofosfát (dAMP) atď.

Štruktúra a vlastnosti

Adenín, tzv 6-aminopurin, má empirický vzorec C ₅ H ₅ N ₅ , a má molekulovú hmotnosť 135.13 g / mol, sa prečistí vo forme svetlo žltej pevnej látky, s teplotou varu 360ºC.

Jeho molekula má chemickú štruktúru s dvojitým kruhom s konjugovanými dvojitými väzbami, čo je fúzia pyrimidínu s imidazolovou skupinou. Z tohto dôvodu je adenínom plochá heterocyklická molekula.

Má relatívnu rozpustnosť 0,10 g / ml (pri 25 ° C), v kyslých a zásaditých vodných roztokoch, s pKa 4,15 (pri 25 ° C).

Z toho istého dôvodu je možné ju zistiť pomocou absorbancie pri 263 nm (s absorpčným koeficientom E ^{1,2 mM} = 13,2 M ^-1 .cm ^-1 v 1,0 M HCI), oblasťou elektromagnetického spektra čo zodpovedá takmer ultrafialovému žiareniu.

biosyntéza

Biosyntéza purínového nukleotidu je identická prakticky vo všetkých živých veciach. Začína sa prenosom aminoskupiny z glutamínu na substrát 5-fosforibozyl-l-pyrofosfát (PRPP) a vzniká 5-fosforibosylamín (PRA).

Toto je reakcia katalyzovaná glutamín-PRPP transferázou, kľúčovým enzýmom v regulácii tejto metabolickej dráhy.

Po postupných prídavkov aminokyselín glutamín, glycín, methenyl-folátu, aspartát, N ¹⁰ je produkovaný formyl-folátu na PRA, ktoré zahŕňajú kondenzáciu a uzavretie kruhu, inozín-5'-monofosfátu (IMP), ktorého heterocyklická jednotka hypoxantín (6-oxypurín).

Tieto pridania sú vyvolané hydrolýzou ATP na ADP a anorganického fosfátu (Pi). Následne sa k IMP pridá aminoskupina z aspartátu v reakcii spojenej s hydrolýzou guanozíntrifosfátu (GTP), aby sa nakoniec vytvoril AMP.

Posledne menovaný vykonáva kontrolu tejto biosyntetickej dráhy prostredníctvom negatívnej spätnej väzby pôsobením na enzýmy, ktoré katalyzujú tvorbu PRA a modifikáciu IMP.

Rovnako ako pri štiepení iných nukleotidov, dusíkatá báza adenozínových nukleotidov prechádza procesom nazývaným „recyklácia“.

Recyklácia spočíva v prevode fosfátovej skupiny z PRPP na adenín a vytvára AMP a pyrofosfát (PPi). Je to jediný krok katalyzovaný enzýmom adenín-fosforibozyltransferáza.

Úlohy v oxidačnom a redukčnom metabolizme

Adenín je súčasťou niekoľkých dôležitých molekúl v oxidačnom metabolizme, ktoré sú tieto:

Flavín adenín dinukleotid (FAD / FADH ₂ ) a nikotínamid adenín dinukleotid (NAD ⁺ / NADH), ktoré sa podieľajú na oxidačno-redukčných reakciách prenosom hydridových iónov (H ^- ).
Koenzým A (CoA), ktorý sa podieľa na aktivácii a prenose acylových skupín.

Počas oxidačného metabolizmu NAD ⁺ funguje ako substrát pre akceptor elektrónov (hydridové ióny) a tvorí NADH. Zatiaľ čo FAD je kofaktor, ktorý prijíma elektróny a stáva sa FADH ₂ .

Na druhej strane adenín vytvára nikotínamid adenín dinukleotid fosfát (NADP ⁺ / NADPH), ktorý sa podieľa na redukčnom metabolizme. Napríklad NADPH je substrát pre donory elektrónov počas biosyntézy lipidov a deoxyribonukleotidov.

Adenín je súčasťou vitamínov. Napríklad niacín je prekurzorom NAD ⁺ a NADP ⁺ a riboflavín je prekurzorom FAD.

Funkcie génovej expresie

Adenín je súčasťou S-adenozylmetionínu (SAM), ktorá je metylový zvyšok darcu (CH ₃ ) a podieľa sa na metylácii adenínu a cytosinových zvyškov v prokaryot a eukaryoty.

V prokaryotoch metylácia poskytuje vlastný systém rozpoznávania DNA, čím chráni DNA pred svojimi reštrikčnými enzýmami.

V eukaryotoch metylácia určuje expresiu génov; to znamená, že určuje, ktoré gény by sa mali exprimovať a ktoré by nemali. Okrem toho môžu metylácie adenínu označovať miesta opravy poškodenej DNA.

Veľa proteínov, ktoré sa viažu na DNA, ako sú transkripčné faktory, majú amino glutamínových zvyškov kyseliny a asparagín, ktoré tvoria vodíkové väzby s N ⁷ atómu adenínu.

Funkcie energetického metabolizmu

Adenín je súčasťou ATP, čo je vysoko energetická molekula; to znamená, že jeho hydrolýza je exergonická a Gibbsova voľná energia je vysoká a záporná hodnota (-7,0 Kcal / mol). V bunkách sa ATP zúčastňuje mnohých reakcií, ktoré si vyžadujú energiu, napríklad:

- Podporovať endergonické chemické reakcie katalyzované enzýmami, ktoré sa podieľajú na medziproduktovom metabolizme a na anabolizme, prostredníctvom vytvárania vysokoenergetických medziproduktov alebo viazaných reakcií.

- Podporovať biosyntézu proteínov v ribozómoch tak, že sa umožní esterifikácia aminokyselín s ich zodpovedajúcou prenosovou RNA (tRNA) za vzniku aminoacyl-tRNA.

- Podporovať pohyb chemických látok cez bunkové membrány. Existujú štyri typy nosných proteínov: P, F, V a ABC. Typy P, F a V nesú ióny a typ ABC nesie substráty. Napríklad Na ⁺ / K ⁺ ATPáza , trieda P, potrebuje ATP na pumpovanie dvoch K ⁺ do bunky a troch Na ^{+ von} .

- Zvýšenie svalovej kontrakcie. Poskytuje energiu, ktorá usmerňuje kĺzanie aktínového vlákna cez myozín.

- Podporovať jadrový transport. Keď sa beta podjednotka heterodimérneho receptora viaže na ATP, interaguje so zložkami komplexu jadrových pórov.

Ďalšie funkcie

Adenozín slúži ako ligand pre proteínové receptory prítomné v neurónoch a bunkách črevného epitelu, kde pôsobí ako extracelulárny alebo neuromodulátorový posol, keď sa vyskytnú zmeny v metabolizme bunkovej energie.

Adenín je prítomný v silných antivírusových látkach, ako je arabinosiladenín (araA), ktorý je produkovaný niektorými mikroorganizmami. Ďalej je prítomný v puromycíne, antibiotiku, ktoré inhibuje biosyntézu proteínu a je produkované mikroorganizmami rodu Streptomyces.

V AMP slúži ako substrát pre reakcie, ktoré generujú druhý messenger cyklický AMP (cAMP). Táto zlúčenina, produkovaná enzýmom adenylátcykláza, je nevyhnutná vo väčšine intracelulárnych signálnych kaskád, nevyhnutných pre proliferáciu a prežitie buniek, ako aj pre zápal a bunkovú smrť.

Síran vo svojom voľnom stave nereaguje. Akonáhle vstúpi do bunky, premení sa na adenozín-5'-fosfosulfát (APS) a následne na 3'-fosfoadenosín-5'-fosfosulfát (PAPS). U cicavcov je PAPS donorom sulfátových skupín a tvorí organické sulfátové estery, ako sú estery heparínu a chondroitínu.

V biosyntéze cysteínu slúži S-adenozylmetionín (SAM) ako prekurzor syntézy S-adenosylhomocysteínu, ktorý sa niekoľkými krokmi katalyzovanými enzýmami transformuje na cysteín.

Prebiotická syntéza

Experimentálne bolo preukázané, že vedenie kyanovodík (HCN) a amoniaku (NH ₃ ) uzavretý , v laboratórnych podmienkach podobných tým, ktoré prevládali na začiatku Zemi, adenín sa vyrába vo výslednej zmesi. K tomu dochádza bez potreby prítomnosti akejkoľvek živej bunky alebo bunkového materiálu.

Prebiotické podmienky zahŕňajú neprítomnosť voľného molekulárneho kyslíka, vysoko redukčnú atmosféru, intenzívne ultrafialové žiarenie, veľké elektrické oblúky, napríklad tie, ktoré sa vytvárajú v búrok, a vysoké teploty. To predpokladá, že adenín bol hlavnou a najhojnejšou dusíkovou bázou vytvorenou počas prebiotickej chémie.

Syntéza adenínu by teda predstavovala kľúčový krok, ktorý by umožnil vznik prvých buniek. Museli mať membránu, ktorá vytvorila uzavretú komoru, v ktorej by sa našli molekuly potrebné na zostavenie prvých biologických polymérov potrebných na sebestačnosť.

Použitie ako terapeutický faktor a faktor bunkovej kultúry

Adenín je spolu s ďalšími organickými a anorganickými chemickými zlúčeninami nevyhnutnou zložkou receptu používaného vo všetkých biochemických, genetických, molekulárnych biológiách a mikrobiologických laboratóriách na svete na pestovanie buniek, ktoré sú životaschopné v priebehu času.

Dôvodom je skutočnosť, že divoké normálne bunkové odrody dokážu detekovať a zachytiť dostupný adenín z okolitého prostredia a použiť ho na syntézu svojich vlastných adenínových nukleozidov.

Je to forma prežitia buniek, ktorá šetrí vnútorné zdroje syntézou komplexnejších biologických molekúl z jednoduchých prekurzorov získaných zvonka.

V experimentálnych modeloch chronického ochorenia obličiek majú myši mutáciu v géne adenín-fosforibozyltransferázy, ktorý produkuje inaktívny enzým. Týmto myšiam sa intravenózne podávajú komerčné roztoky obsahujúce adenín, citrát sodný a glukózu, aby sa podporilo rýchle zotavenie.

Táto liečba je založená na skutočnosti, že PRPP, počiatočný metabolit pre purínovú biosyntézu, je syntetizovaný z ribóza-5-fosfátu cestou pentózofosfátu, ktorého východiskovým metabolitom je glukóza-6-fosfát. Mnohé z týchto riešení však nie sú schválené medzinárodnými regulačnými orgánmi pre humánne použitie.

Referencie

Burnstock, G. 2014. Puríny a purinoceptory. Prehľad molekulárnej biológie. Referencie Moduly v biomedicínskych vedách. Webová adresa programu Word: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.04741-3
Claramount, D. a kol. 2015. Zvieracie modely detskej chronickej choroby. Nephrology, 35 (6): 517-22.
Coade, S. a Pearson, J. 1989. Metabolizmus adenínových nukleotidov. Circulation Research, 65: 531-37
Dawson, R. a kol. 1986. Údaje pre biochemický výskum. Clarendon Press, Oxford.
DrougBank. 2019. Adenine Chemichal Sheet. Webová adresa programu Word: https://www.drugbank.ca/drugs/DB00173
Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. a Rawn, D. 2008. Zásady biochémie. 4. vydanie. Pearson Education.
Knight, G. 2009. Purinergické receptory. Encyklopédia neurovedy. 1245-1252. Webová adresa programu Word: https://doi.org/10.1016/B978-008045046-9.00693-8
Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biochemistry. 3. vydanie.
Murgola, E. 2003. Adenine. Encyklopédia genetiky. Webová adresa programu Word: https://doi.org/10.1006/rwgn.2001.0008
Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harper's Ilustrated Biochemistry. 26 ^th Edition. Spoločnosti McGraw-Hill.
Nelson, DL & Cox, M. 1994. Lehninger. Základy biochémie. 4. vydanie. Ed Omega.
Sigma-Aldrich. 2019. Adenínový chemický list. Webová adresa Word: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/ga8626?lang=sk

ADENÍN: ŠTRUKTÚRA, BIOSYNTÉZA, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026