АДЕНИН: СТРОЕНИЕ, БИОСИНТЕЗ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ

Аденин является нуклеотидных типа пуриновых найдено в рибонуклеиновых кислот (РНК) и дезоксирибонуклеиновой (ДНК) живых организмов и вирусов. Некоторые из функций этих биополимеров (РНК и ДНК) - хранение, репликация, рекомбинация и передача генетической информации.

Чтобы образовать нуклеиновые кислоты, сначала атом азота 9 аденина образует гликозидную связь с первым атомом углерода 1 (C1 ') рибозы (РНК) или 2'-дезоксирибозы (ДНК). Таким образом, аденин образует нуклеозид аденозин или аденозин.

Источник: Pepemonbu

Во-вторых, гидроксильная группа (-ОН) на 5'-углеродном атоме сахара (рибоза или 2'-дезоксирибоза) аденозина образует сложноэфирную связь с фосфатной группой.

В живых клетках, в зависимости от количества присутствующих фосфатных групп, это может быть аденозин-5'-монофосфат (АМФ), аденозин-5'-дифосфат (АДФ) и аденозин-5'-трифосфат (АТФ). Также существуют эквиваленты, содержащие 2'-дезоксирибозу. Например, дезоксиаденозин-5'-монофосфат (dAMP) и др.

Состав и характеристики

Аденин, называемый 6-аминопурином, имеет эмпирическую формулу C ₅ H ₅ N ₅ и имеет молекулярную массу 135,13 г / моль, очищается в виде бледно-желтого твердого вещества с температурой кипения 360 ° C.

Его молекула имеет двойную кольцевую химическую структуру с сопряженными двойными связями, которая представляет собой слияние пиримидина с имидазольной группой. Из-за этого аденин представляет собой плоскую гетероциклическую молекулу.

Он имеет относительную растворимость 0,10 г / мл (при 25 ºC) в кислых и основных водных растворах с pKa 4,15 (при 25 ºC).

По этой же причине он может быть обнаружен по поглощению при 263 нм (с коэффициентом поглощения E ^{1,2 мМ} = 13,2 М ^-1. См ^-1 в 1,0 М HCl), области электромагнитного спектра соответствующий ближнему ультрафиолету.

Биосинтез

Биосинтез пуриновых нуклеотидов идентичен практически у всех живых существ. Он начинается с переноса аминогруппы от глутамина на субстрат 5-фосфорибозил-1-пирофосфат (PRPP) и производит 5-фосфорибозиламин (PRA).

Это реакция, катализируемая трансферазой глутамин-PRPP, ключевым ферментом в регуляции этого метаболического пути.

После последовательного добавления аминокислот глутамина, глицина, метенилфолата, аспартата, N ¹⁰ -формилфолата к PRA, которые включают конденсацию и замыкание кольца, образуется инозин-5'-монофосфат (IMP), гетероциклическая единица которого гипоксантин (6-оксипурин).

Эти добавки вызваны гидролизом АТФ до АДФ и неорганического фосфата (Pi). Затем аминогруппа из аспартата добавляется к ИМФ в реакции, связанной с гидролизом гуанозинтрифосфата (ГТФ), для окончательного образования АМФ.

Последний осуществляет контроль над этим биосинтетическим путем посредством отрицательной обратной связи, воздействуя на ферменты, которые катализируют образование PRA и модификацию IMP.

Как и в случае распада других нуклеотидов, азотистое основание аденозиновых нуклеотидов подвергается процессу, называемому «рециклингом».

Рециркуляция состоит из переноса фосфатной группы от PRPP на аденин с образованием AMP и пирофосфата (PPi). Это одностадийный катализатор, который катализирует фермент аденинфосфорибозилтрансфераза.

Роль в окислительном и восстановительном метаболизме

Аденин является частью нескольких важных молекул окислительного метаболизма, а именно:

Флавинадениндинуклеотид (FAD / FADH ₂ ) и никотинамидадениндинуклеотид (NAD ⁺ / NADH), которые участвуют в окислительно-восстановительных реакциях путем переноса гидрид-ионов (: H ^- ).
Коэнзим А (КоА), который участвует в активации и переносе ацильных групп.

Во время окислительного метаболизма НАД ⁺ действует как субстрат-акцептор электронов (гидрид-ионы) и образует НАДН. Тогда как FAD является кофактором, который принимает электроны и становится FADH ₂ .

С другой стороны, аденин образует никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ ⁺ / НАДФН), который участвует в восстановительном метаболизме. Например, НАДФН является субстратом донора электронов во время биосинтеза липидов и дезоксирибонуклеотидов.

Аденин входит в состав витаминов. Например, ниацин является предшественником НАД ⁺ и НАДФ ^+, а рибофлавин является предшественником ФАД.

Функции в экспрессии генов

Аденин является частью S-аденозилметионина (SAM), который является донором метильных радикалов (-CH ₃ ) и участвует в метилировании остатков аденина и цитозина у прокариот и эукариот.

У прокариот метилирование обеспечивает собственную систему распознавания ДНК, тем самым защищая ДНК от собственных рестриктивных ферментов.

У эукариот метилирование определяет экспрессию генов; то есть он устанавливает, какие гены должны экспрессироваться, а какие нет. Кроме того, метилирование аденина может маркировать участки восстановления поврежденной ДНК.

Многие белки, которые связываются с ДНК, такие как факторы транскрипции, имеют аминокислотные остатки глутамин и аспарагин, которые образуют водородные связи с атомом N ⁷ аденина.

Функции в энергетическом обмене

Аденин является частью АТФ, молекулы с высокой энергией; то есть его гидролиз является экзергоническим, а свободная энергия Гиббса имеет высокое и отрицательное значение (-7,0 ккал / моль). В клетках АТФ участвует во многих реакциях, требующих энергии, таких как:

- Содействовать эндергоническим химическим реакциям, катализируемым ферментами, участвующими в промежуточном метаболизме и анаболизме, посредством образования высокоэнергетических промежуточных продуктов или связанных реакций.

- Содействовать биосинтезу белка в рибосомах, позволяя этерификации аминокислот с их соответствующей транспортной РНК (тРНК) образовывать аминоацил-тРНК.

- Содействовать перемещению химических веществ через клеточные мембраны. Есть четыре типа белков-носителей: P, F, V и ABC. Типы P, F и V несут ионы, а тип ABC - субстраты. Например, Na ⁺ / K ⁺ АТФаза класса P нуждается в одном АТФ, чтобы перекачивать два K ⁺ в клетку и три Na ^{+ из нее} .

- Увеличьте сокращение мышц. Обеспечивает энергию, которая направляет скольжение актиновых волокон по миозину.

- Продвигать ядерный транспорт. Когда бета-субъединица гетеродимерного рецептора связывается с АТФ, она взаимодействует с компонентами комплекса ядерных пор.

Прочие функции

Аденозин служит лигандом для рецепторных белков, присутствующих в нейронах и клетках кишечного эпителия, где он действует как внеклеточный посредник или нейромодулятор, когда происходят изменения в метаболизме клеточной энергии.

Аденин присутствует в мощных противовирусных средствах, таких как арабинозиладенин (araA), который вырабатывается некоторыми микроорганизмами. Кроме того, он присутствует в пуромицине, антибиотике, который подавляет биосинтез белка и вырабатывается микроорганизмами рода Streptomyces.

В AMP он служит субстратом для реакций, которые генерируют циклический AMP-мессенджер (цАМФ). Это соединение, продуцируемое ферментом аденилатциклазой, играет важную роль в большинстве внутриклеточных сигнальных каскадов, необходимых для пролиферации и выживания клеток, а также воспаления и гибели клеток.

Сульфат в свободном состоянии не вступает в реакцию. Попадая в клетку, он превращается в аденозин-5'-фосфосульфат (APS), а затем в 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфат (PAPS). У млекопитающих PAPS является донором сульфатных групп и образует сложные эфиры органических сульфатов, такие как гепарин и хондроитин.

При биосинтезе цистеина S-аденозилметионин (SAM) служит предшественником для синтеза S-аденозилгомоцистеина, который в несколько стадий, катализируемый ферментами, превращается в цистеин.

Синтез пребиотиков

Экспериментально было показано, что при хранении цианида водорода (HCN) и аммиака (NH ₃ ) в лабораторных условиях, подобных тем, которые преобладали на ранней Земле, в полученной смеси образуется аденин. Это происходит без необходимости присутствия каких-либо живых клеток или клеточного материала.

Пребиотические условия включают в себя отсутствие свободного молекулярного кислорода, сильно восстанавливающую атмосферу, интенсивное ультрафиолетовое излучение, большие электрические дуги, например, возникающие во время штормов, и высокие температуры. Это предполагает, что аденин был основным и наиболее распространенным азотистым основанием, образовавшимся во время пребиотической химии.

Таким образом, синтез аденина станет ключевым этапом, который сделает возможным происхождение первых клеток. У них должна была быть мембрана, которая образовывала закрытый отсек, внутри которого можно было бы найти молекулы, необходимые для создания первых биологических полимеров, необходимых для самовоспроизводства.

Использование в качестве терапевтического фактора и фактора культивирования клеток

Аденин, наряду с другими органическими и неорганическими химическими соединениями, является важным ингредиентом рецепта, используемого во всех лабораториях биохимии, генетики, молекулярной биологии и микробиологии в мире для выращивания клеток, которые будут жизнеспособными с течением времени.

Это связано с тем, что разновидности нормальных диких клеток могут обнаруживать и захватывать доступный аденин из окружающей среды и использовать его для синтеза своих собственных нуклеозидов аденина.

Это предполагает форму выживания клетки, которая экономит внутренние ресурсы, синтезируя более сложные биологические молекулы из простых предшественников, взятых извне.

В экспериментальных моделях хронического заболевания почек у мышей обнаруживается мутация в гене аденинфосфорибозилтрансферазы, который продуцирует неактивный фермент. Этим мышам вводят коммерческие растворы, содержащие аденин, цитрат натрия и глюкозу, внутривенно для ускорения выздоровления.

Это лечение основано на том факте, что PRPP, исходный метаболит для биосинтеза пурина, синтезируется из рибозо-5-фосфата через пентозофосфатный путь, исходным метаболитом которого является глюкозо-6-фосфат. Однако многие из этих решений не одобрены международными регулирующими органами для использования людьми.

Ссылки

Бернсток, г. 2014. Пурины и пуриноцепторы. Обзор молекулярной биологии. Модули ссылок в биомедицинских науках. Адрес в Интернете: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.04741-3
Claramount, D. et al. 2015. Животные модели хронических заболеваний у детей. Нефрология, 35 (6): 517-22.
Коуд, С. и Пирсон, Дж. 1989. Метаболизм адениновых нуклеотидов. Исследование обращения, 65: 531-37
Доусон, Р. и др. 1986. Данные для биохимических исследований. Кларендон Пресс, Оксфорд.
DrougBank. 2019. Аденин Chemichal Sheet. Адрес в Интернете: https://www.drugbank.ca/drugs/DB00173
Horton, R; Моран, L; Скримджер, G; Перри, М. и Рон, Д. 2008. Принципы биохимии. 4-е издание. Pearson Education.
Найт, Г. 2009. Пуринергические рецепторы. Энциклопедия неврологии. 1245-52. Адрес в Интернете: https://doi.org/10.1016/B978-008045046-9.00693-8
Мэтьюз, Ван Холд, Ахерн. 2001. Биохимия. 3-е издание.
Мургола, Э. 2003. Аденин. Энциклопедия генетики. Адрес в Интернете: https://doi.org/10.1006/rwgn.2001.0008
Мюррей, Р. Граннер, Д; Мэйс, П. и Родуэлл, В. 2003. Иллюстрированная биохимия Харпера. 26- ^е издание. Компании McGraw-Hill.
Нельсон, Д. Л. и Кокс, М. 1994. Ленингер. Принципы биохимии. 4-е издание. Эд Омега.
Sigma-Aldrich. 2019. Химический лист аденина. Адрес в Интернете: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/ga8626?lang=en

АДЕНИН: СТРОЕНИЕ, БИОСИНТЕЗ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025