ADENĪNS: STRUKTŪRA, BIOSINTĒZE, FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Adenīna ir nukleobāze purīna tips atrodami ribonucleic skābju (RNS) un deoxyribonucleic (DNS) no dzīviem organismiem un vīrusiem. Dažas no šo biopolimēru (RNS un DNS) funkcijām ir ģenētiskās informācijas glabāšana, replicēšana, rekombinācija un nodošana.

Lai veidotu nukleīnskābes, vispirms adenīna slāpekļa atoms 9 veido glikozīdisko saiti ar ribozes (RNS) vai 2'-dezoksiribozes (DNS) primāro oglekli 1 (C1 '). Tādā veidā adenīns veido nukleozīdu adenozīnu vai adenozīnu.

Avots: Pepemonbu

Otrkārt, hidroksilgrupa (-OH) uz adenozīna cukura 5 ′ oglekļa (ribozes vai 2′-dezoksiribozes) veido estera saiti ar fosfāta grupu.

Dzīvās šūnās atkarībā no esošo fosfātu grupu skaita tas var būt adenozīna-5′-monofosfāts (AMP), adenozīna-5′-difosfāts (ADP) un adenozīn-5′-trifosfāts (ATP). Pastāv arī ekvivalenti ar 2′-dezoksiribozi. Piemēram, dezoadenozīna-5′-monofosfāts (dAMP) utt.

Uzbūve un raksturlielumi

Adenīnam, ko sauc par 6-aminopurīnu, ir empīriska formula C ₅ H ₅ N ₅ , un tā molekulmasa ir 135,13 g / mol, kas ir attīrīts kā gaiši dzeltena cieta viela ar viršanas punktu 360 ° C.

Tās molekulai ir divkārša gredzena ķīmiskā struktūra ar konjugētām dubultsaitēm, kas ir pirimidīna saplūšana ar imidazola grupu. Sakarā ar to adenīns ir plakana heterocikliska molekula.

Tā relatīvā šķīdība skābā un bāziskā ūdens šķīdumā ir 0,10 g / ml (pie 25 ºC) ar pKa 4,15 (pie 25 ºC).

Šī paša iemesla dēļ to var noteikt ar absorbciju pie 263 nm (ar absorbcijas koeficientu E ^{1,2 mM} = 13,2 M ^-1 .cm ^-1 1,0 M HCl), kas ir elektromagnētiskā spektra laukums. kas atbilst gandrīz ultravioletajam.

Biosintēze

Purīna nukleotīdu biosintēze ir identiska praktiski visās dzīvajās lietās. Tas sākas ar aminogrupas pārvietošanu no glutamīna uz substrātu 5-fosforibosil-1-pirofosfātu (PRPP) un iegūst 5-fosforiboszilamīnu (PRA).

Tā ir reakcija, ko katalizē glutamīna-PRPP transferāze, kas ir galvenais enzīms šī metabolisma ceļa regulēšanā.

Pēc tam, kad secīgi pievienoti aminoskābju glutamīnu, glicīna, methenyl-folāta, aspartāta, N ¹⁰ -formyl-folātus uz PRA, kas ietver condensations un gredzena saslēgšanu, inozīna-5'-monofosfāta (IMP) tiek iegūts, kura heterocikliska vienība ir hipoksantīns (6-oksipurīns).

Šos papildinājumus veicina ATP hidrolīze par ADP un neorganisko fosfātu (Pi). Pēc tam IMP pievieno aminogrupu no aspartāta, reaģējot kopā ar guanozīna trifosfāta (GTP) hidrolīzi, lai beidzot iegūtu AMP.

Pēdējais kontrolē šo biosintētisko ceļu, izmantojot negatīvas atsauksmes, iedarbojoties uz fermentiem, kas katalizē PRA veidošanos un IMP modifikāciju.

Tāpat kā citu nukleotīdu sadalīšanās gadījumā adenozīnu nukleotīdu slāpekļa bāze tiek pakļauta procesam, ko sauc par "pārstrādi".

Pārstrāde sastāv no fosfātu grupas pārvietošanas no PRPP uz adenīnu un veido AMP un pirofosfātu (PPi). Tas ir viens solis, ko katalizē enzīma adenīna fosforibosiltransferāze.

Lomas oksidatīvā un reducējošā metabolismā

Adenīns ir daļa no vairākām svarīgām molekulām oksidatīvā metabolismā, kas ir šādas:

1. Flavīna adenīna dinukleotīds (FAD / FADH ₂ ) un nikotinamīda adenīna dinukleotīds (NAD ⁺ / NADH), kas piedalās oksidācijas-reducēšanās reakcijās, pārnesot hidrīda jonus (: H ^- ).
2. Koenzīms A (CoA), kas piedalās acilgrupu aktivizēšanā un pārnešanā.

Oksidācijas metabolisma laikā NAD ⁺ darbojas kā elektronu akceptoru substrāts (hidrīda joni) un veido NADH. Tā kā FAD ir kofaktors, kas pieņem elektronus un kļūst par FADH ₂ .

No otras puses, adenīns veido nikotīnamīda adenīna dinukleotīda fosfātu (NADP ⁺ / NADPH), kas piedalās reducējošā metabolismā. Piemēram, NADPH ir elektronu donora substrāts lipīdu un dezoksiribonukleotīdu biosintēzes laikā.

Adenīns ir daļa no vitamīniem. Piemēram, niacīns ir NAD ⁺ un NADP ⁺ priekštecis, un riboflavīns ir FAD priekštecis.

Gēnu ekspresijas funkcijas

Adenīns ir daļa no S-adenozilmetionīna (SAM), kas ir metil radikāļu donors (-CH ₃ ) un piedalās adenīna un citozīna atlikumu metilēšanā prokariotos un eikariotos.

Prokariotos metilēšana nodrošina savu DNS atpazīšanas sistēmu, tādējādi aizsargājot DNS no saviem ierobežojošajiem enzīmiem.

Eikariotos metilēšana nosaka gēnu ekspresiju; tas ir, tas nosaka, kuri gēni jāizsaka un kuri nē. Turklāt adenīna metilējumi var iezīmēt bojātā DNS labošanas vietas.

Daudzi olbaltumvielas, kas saistās ar DNS, piemēram, transkripcijas faktoriem, kurām ir no aminoskābju atlikumiem glutamīna un asparagīna, ka forma ūdeņraža saites ar N ⁷ atoma adenīna.

Enerģijas metabolisma funkcijas

Adenīns ir daļa no ATP, kas ir augstas enerģijas molekula; tas ir, tā hidrolīze ir eksergoniska, un Gibba brīvajai enerģijai ir liela un negatīva vērtība (-7,0 Kcal / mol). Šūnās ATP piedalās daudzās reakcijās, kurām nepieciešama enerģija, piemēram:

- Veicināt endergoniskas ķīmiskās reakcijas, kuras katalizē fermenti, kas piedalās starpproduktu metabolismā un anabolismā, veidojot augstas enerģijas starpproduktus vai savstarpēji saistītas reakcijas.

- Veicina olbaltumvielu biosintēzi ribosomās, ļaujot esterificēt aminoskābes ar tām atbilstošo pārnešanas RNS (tRNS), veidojot aminoacil-tRNS.

- Veicināt ķīmisko vielu kustību caur šūnu membrānām. Ir četru veidu nesējproteīni: P, F, V un ABC. P, F un V tipi nes jonus, bet ABC tips - substrātus. Piemēram, Na ⁺ / K ⁺ ATPāzei , P klasei, ir nepieciešams ATP, lai iesūknētu šūnā divus K ⁺ un trīs Na ⁺ .

- Palielināt muskuļu kontrakciju. Nodrošina enerģiju, kas vada aktīna pavedienu slīdēšanu virs miozīna.

- Veicināt kodolenerģijas transportu. Kad heterodimēro receptoru beta subvienība saistās ar ATP, tā mijiedarbojas ar kodolu poru kompleksa komponentiem.

Citas funkcijas

Adenozīns kalpo kā ligands receptoru proteīniem, kas atrodas zarnu epitēlija neironos un šūnās, kur tas darbojas kā ārpusšūnu vai neiromodulatora kurjers, kad notiek izmaiņas šūnu enerģijas metabolismā.

Adenīns atrodas spēcīgos pretvīrusu līdzekļos, piemēram, arabinosiladenīnā (araA), ko ražo daži mikroorganismi. Turklāt tas atrodas puromicīnā - antibiotikā, kas kavē olbaltumvielu biosintēzi un ko ražo Streptomyces ģints mikroorganismi.

AMP tas kalpo kā substrāts reakcijām, kas rada otro ciklisko AMP (cAMP) kurjeru. Šis savienojums, ko ražo enzīma adenilāta ciklāze, ir būtisks lielākajā daļā intracelulāro signalizācijas kaskāžu, nepieciešams šūnu proliferācijai un izdzīvošanai, kā arī iekaisumam un šūnu nāvei.

Sulfāts brīvā stāvoklī nav reaģējošs. Tiklīdz tas nonāk šūnā, tas kļūst par adenozīna-5'-fosfosulfātu (APS) un pēc tam par 3'-fosfoadenozīn-5'-fosfosulfātu (PAPS). Zīdītājiem PAPS ir sulfātu grupu donors un veido organisko sulfātu esterus, piemēram, heparīnu un hondroitīnu.

Cisteīna biosintēzē S-adenozilmetionīns (SAM) kalpo kā priekšnoteikums S-adenozilhomocisteīna sintēzei, ko vairākos posmos pārvērš fermenti katalizējot cisteīnā.

Prebiotiku sintēze

Eksperimentāli ir pierādīts, ka, turot ciānūdeņradi (HCN) un amonjaku (NH ₃ ) laboratorijas apstākļos, kas ir līdzīgi tiem, kādi bija agrīnajā Zemes slānī, iegūtā maisījumā rodas adenīns. Tas notiek, ja nav klāt neviena dzīva šūna vai šūnu materiāls.

Prebiotiskie apstākļi ietver brīva molekulārā skābekļa trūkumu, ļoti reducējošu atmosfēru, intensīvu ultravioleto starojumu, lielus elektriskos lokus, piemēram, vētras radītos, un augstu temperatūru. Tas pieņem, ka adenīns bija galvenā un visbagātīgākā slāpekļa bāze, kas izveidojās prebiotisko ķīmiju laikā.

Tādējādi adenīna sintēze būtu galvenais solis, kas padarītu iespējamu pirmo šūnu izcelsmi. Tiem vajadzēja būt membrānai, kas veidoja slēgtu nodalījumu, kurā atradās molekulas, kas vajadzīgas, lai izveidotu pirmos bioloģiskos polimērus, kas nepieciešami pašapmācībai.

Izmantošana kā terapeitiskais un šūnu kultūras faktors

Adenīns kopā ar citiem organiskiem un neorganiskiem ķīmiskiem savienojumiem ir būtiska receptes sastāvdaļa, ko izmanto visās bioķīmijas, ģenētikas, molekulārās bioloģijas un mikrobioloģijas laboratorijās pasaulē, lai audzētu šūnas, kuras ir dzīvotspējīgas laika gaitā.

Tas notiek tāpēc, ka savvaļas normālu šūnu šķirnes var noteikt un uztvert pieejamo adenīnu no apkārtējās vides un izmantot to pašu adenīna nukleozīdu sintezēšanai.

Šī ir šūnu izdzīvošanas forma, kas ietaupa iekšējos resursus, sintezējot sarežģītākas bioloģiskās molekulas no vienkāršiem prekursoriem, kas ņemti no ārpuses.

Hroniskas nieru slimības eksperimentālos modeļos pelēm ir mutācija adenīna fosforibosiltiltransferāzes gēnā, kas rada neaktīvu enzīmu. Šīm pelēm intravenozi tiek ievadīti komerciāli šķīdumi, kas satur adenīnu, nātrija citrātu un glikozi, lai veicinātu ātru atveseļošanos.

Šīs apstrādes pamatā ir fakts, ka PRPP, kas ir sākotnējais metabolīts purīnu biosintēzē, tiek sintezēts no ribozes-5-fosfāta caur pentozes fosfāta ceļu, kura sākuma metabolīts ir glikozes-6-fosfāts. Tomēr daudzus no šiem risinājumiem nav apstiprinājušas starptautiskas regulatīvas iestādes lietošanai cilvēkiem.

Atsauces

1. Burnstock, G. 2014. Purines and Purinoceptors. Molekulārās bioloģijas pārskats. Atsauces moduļi biomedicīnas zinātnēs. Web plaša Web adrese: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.04741-3
2. Claramount, D. et al. 2015. Bērnu hroniskās slimības dzīvnieku modeļi. Nefroloģija, 35 (6): 517–22.
3. Coade, S. un Pearson, J. 1989. Adenīna nukleotīdu metabolisms. Circulation Research, 65: 531-37
4. Dawson, R. et al. 1986. Bioķīmisko pētījumu dati. Clarendon Press, Oksforda.
5. DrougBank. 2019. Adenīna ķīmijas lapa. Web plaša Web adrese: https://www.drugbank.ca/drugs/DB00173
6. Hortons, R; Morāns, L; Scrimgeour, G; Perijs, M. un Rawns, D. 2008. Bioķīmijas principi. 4. izdevums. Pīrsona izglītība.
7. Knight, G. 2009. Purinerģiskie receptori. Neirozinātnes enciklopēdija. 1245-52. Web plaša Web adrese: https://doi.org/10.1016/B978-008045046-9.00693-8
8. Matjūss, Van Holde, Aherns. 2001. Bioķīmija. 3. izdevums.
9. Murgola, E. 2003. Adenīns. Ģenētikas enciklopēdija. Web plaša Web adrese: https://doi.org/10.1006/rwgn.2001.0008
10. Murray, R; Granners, D; Mayes, P. and Rodwell, V. 2003. Harpera ilustrētā bioķīmija. 26 ^th Edition. McGraw-Hill uzņēmumi.
11. Nelsons, DL & Cox, M. 1994. Lehninger. Bioķīmijas principi. 4. izdevums. Eds Omega.
12. Sigma-Aldrihs. 2019. Ķīmiskā lapa adenīnam. Web plaša Web adrese: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/ga8626?lang=lv