АДЕНІН: БУДОВА, БІОСИНТЕЗ, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Аденін є нуклеотидних типу пуринових знайдено в рибонуклеїнових кислот (РНК) і дезоксирибонуклеїнової (ДНК) живих організмів і вірусів. Деякі функції цих біополімерів (РНК та ДНК) - це зберігання, реплікація, рекомбінація та передача генетичної інформації.

Для формування нуклеїнових кислот спочатку атом азоту 9 аденіну утворює глікозидний зв’язок з основним вуглецем 1 (С1 ') рибози (РНК) або 2'-дезоксирибозою (ДНК). Таким чином аденін утворює нуклеозид аденозин або аденозин.

Джерело: Пепемонбу

По-друге, гідроксильна група (-OH) на 5 'вуглеці цукру (рибоза або 2'-дезоксирибоза) аденозину утворює ефірну зв'язок з фосфатною групою.

У живих клітинах, залежно від кількості присутніх фосфатних груп, це може бути аденозин-5'-монофосфат (АМФ), аденозин-5'-дифосфат (АДФ) та аденозин-5'-трифосфат (АТФ). Також існують еквіваленти, що мають 2'-дезоксирибозу. Наприклад, дезоксиаденозин-5'-монофосфат (dAMP) тощо.

Будова та характеристики

Аденін, званий 6-амінопурином, має емпіричну формулу C ₅ H ₅ N ₅ і має молекулярну масу 135,13 г / моль, очищаючись у вигляді блідо-жовтого твердого речовини з температурою кипіння 360ºC.

Його молекула має хімічну структуру з подвійним кільцем із сполученими подвійними зв’язками, що є синтезом піримідину з групою імідазолу. Через це аденін - це плоска гетероциклічна молекула.

Він має відносну розчинність 0,10 г / мл (при 25 ° С), у кислих та основних водних розчинах, з рКа 4,15 (при 25 ° С).

З цієї ж причини його можна виявити по абсорбції при 263 нм (з коефіцієнтом поглинання E ^{1,2 мМ} = 13,2 М ^-1. См ^-1 в 1,0 М HCl), площі електромагнітного спектру відповідні майже ультрафіолетовим.

Біосинтез

Біосинтез пуринового нуклеотиду є ідентичним практично у всіх живих істот. Він починається з перенесення аміногрупи від глютаміну до субстрату 5-фосфорибозил-1-пірофосфату (PRPP) і виробляє 5-фосфорибосиламін (PRA).

Це реакція, каталізована глютамін-PRPP-трансферазою, ключовим ферментом у регуляції цього метаболічного шляху.

Після послідовного додавання амінокислот глютамін, гліцин, метенил-фолат, аспартат, N ¹⁰ -формул-фолат до PRA, які включають конденсацію і замикання кільця, утворюється інозин-5'-монофосфат (ІМП), гетероциклічним блоком якого є гіпоксантин (6-оксипурин).

Ці добавки обумовлені гідролізом АТФ до АДФ та неорганічного фосфату (Pi). Згодом аміногрупу з аспартату додають до ІМП у реакції, поєднаній з гідролізом гуанозин-трифосфату (ГТП), щоб остаточно генерувати АМФ.

Останній здійснює контроль за цим біосинтетичним шляхом шляхом негативного зворотного зв’язку, діючи на ферменти, що каталізують утворення PRA та модифікацію ІМП.

Як і при розпаді інших нуклеотидів, азотиста основа аденозинових нуклеотидів проходить процес, який називається "переробка".

Переробка складається з перенесення фосфатної групи з PRPP до аденіну та утворює АМФ і пірофосфат (PPi). Це один етап, каталізований ферментом аденін фосфорибосілтрансфераза.

Ролі в окислювальному та відновлювальному обміні

Аденін є частиною кількох важливих молекул в окислювальному обміні, які є наступними:

1. Флавін-аденин-динуклеотид (FAD / FADH ₂ ) та нікотинамід- аденінунунуклеотид (NAD ⁺ / NADH), які беруть участь у реакціях відновлення окислення шляхом перенесення іонів гідриду (: H ^- ).
2. Кофермент A (CoA), який бере участь в активації та перенесенні ацильних груп.

Під час окислювального метаболізму НАД ⁺ функціонує як субцептор акцептора електронів (гідридні іони) та утворює НАДН. Тоді як FAD - це кофактор, який приймає електрони і стає FADH ₂ .

З іншого боку, аденін утворює нікотинамід-аденінудинуклеотид фосфат (NADP ⁺ / NADPH), який бере участь у відновній обміні речовин. Наприклад, NADPH є субстратом донора електронів під час біосинтезу ліпідів та дезоксирибонуклеотидів.

Аденін входить до складу вітамінів. Наприклад, ніацин є попередником NAD ⁺ і NADP ^+, а рибофлавін є попередником FAD.

Функції в експресії генів

Аденін входить до складу S-аденозилметіоніну (SAM), який є донором метильного радикалу (-CH ₃ ) і бере участь у метилюванні залишків аденіну та цитозину в прокаріоти та еукаріоти.

У прокаріотів метилювання забезпечує власну систему розпізнавання ДНК, тим самим захищаючи ДНК від власних рестриктивних ферментів.

У еукаріотів метилювання визначає експресію генів; тобто він встановлює, які гени слід експресувати, а які - не. Крім того, аденінові метиляції можуть відзначати місця ремонту пошкодженої ДНК.

Багато білків, які зв'язуються з ДНК, такі як фактори транскрипції, мають амінокислотні залишки глутаміну та аспарагіну, які утворюють водневі зв’язки з атомом N ⁷ аденіну.

Функції в енергетичному обміні

Аденін є частиною АТФ, яка є високоенергетичною молекулою; тобто його гідроліз є ексергонічним, а вільна енергія Гіббса - це велике та негативне значення (-7,0 Ккал / моль). У клітинах АТФ бере участь у багатьох реакціях, які потребують енергії, таких як:

- Сприяють ендергонічним хімічним реакціям, що каталізуються ферментами, які беруть участь у проміжному метаболізмі та анаболізмі, шляхом утворення високоенергетичних проміжних сполук або сполучених реакцій.

- Сприяють біосинтезу білка в рибосомах, дозволяючи етерифікації амінокислот з їх відповідним переносом РНК (тРНК), утворюючи аміноацил-тРНК.

- Сприяють руху хімічних речовин через клітинні мембрани. Існує чотири типи білків-носіїв: P, F, V та ABC. Типи P, F і V несуть іони, а тип ABC - субстрати. Наприклад, Na ⁺ / K ⁺ АТФаза , клас P, потребує АТФ, щоб перекачувати два К ⁺ у клітинку та три Na ^{+ назовні} .

- Посилення скорочення м’язів. Забезпечує енергію, яка направляє актинові нитки ковзання по міозину.

- Сприяння ядерному транспорту. Коли бета-субодиниця гетеродимерного рецептора пов'язується з АТФ, він взаємодіє з компонентами ядерного пористового комплексу.

Інші функції

Аденозин служить лігандом для рецепторних білків, присутніх у нейронах та клітинах кишкового епітелію, де він діє як позаклітинний або нейромодуляторний месенджер, коли відбуваються зміни в клітинному енергетичному обміні.

Аденін присутній у потужних противірусних засобах, таких як арабіносіладенін (araA), який виробляється деякими мікроорганізмами. Крім того, він присутній у пуроміцині, антибіотику, який пригнічує біосинтез білка і виробляється мікроорганізмами з роду Streptomyces.

У AMP він служить субстратом для реакцій, що генерують другий циклічний AMP-месенджер (cAMP). Ця сполука, що виробляється ферментом аденілатциклазою, є важливою для більшості внутрішньоклітинних сигнальних каскадів, необхідних для проліферації та виживання клітин, а також запалення та загибелі клітин.

Сульфат у вільному стані не реагує. Після потрапляння в клітину він перетворюється на аденозин-5'-фосфосульфат (APS), а згодом у 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфат (PAPS). У ссавців ПАПС є донором сульфатних груп і утворює органічні сульфатні ефіри, такі як гепарин та хондроїтин.

У біосинтезі цистеїну S-аденозилметіонін (SAM) виступає попередником синтезу S-аденозилгомоцистеїну, який перетворюється за кілька етапів, каталізується ферментами, в цистеїн.

Пребіотичний синтез

Експериментально показано, що утримуючи цианід водню (HCN) та аміак (NH ₃ ) у закритому , в лабораторних умовах, аналогічних тим, що переважали на ранній Землі, аденін виробляється в отриманій суміші. Це відбувається без необхідності присутності жодної живої клітини або клітинного матеріалу.

Перебіотичні умови включають відсутність вільного молекулярного кисню, атмосферу, що сильно зменшує атмосферу, інтенсивне ультрафіолетове випромінювання, великі електричні дуги, такі, що утворюються в бурі, та високі температури. Це передбачає, що аденін був основною і найпоширенішою основою азоту, що утворюється в ході пребіотичної хімії.

Таким чином, синтез аденіну становив би ключовий крок, який зробив би можливим походження перших клітин. У них повинна була бути мембрана, яка утворювала закрите відділення, всередині якого були б знайдені молекули, необхідні для побудови перших біологічних полімерів, необхідних для самозбереження.

Використовувати як терапевтичний фактор і культуру клітинних клітин

Аденін, поряд з іншими органічними та неорганічними хімічними сполуками, є важливим інгредієнтом рецепту, який використовується у всіх лабораторіях біохімії, генетики, молекулярної біології та мікробіології у світі для вирощування життєздатних клітин з часом.

Це відбувається тому, що дикі нормальні різновиди клітин можуть виявляти та захоплювати наявний аденін із навколишнього середовища та використовувати його для синтезу власних нуклеозидів аденіну.

Це передбачає форму клітинного виживання, яка економить внутрішні ресурси, синтезуючи більш складні біологічні молекули з простих попередників, взяті ззовні.

В експериментальних моделях хронічної хвороби нирок миші мають мутацію в гені фосфорибосілтрансферази, який виробляє неактивний фермент. Цим мишам вводять комерційні розчини, що містять аденін, цитрат натрію та глюкозу внутрішньовенно, щоб сприяти швидкому одужанню.

Це лікування засноване на тому, що PRPP, початковий метаболіт для біосинтезу пурину, синтезується з рибози-5-фосфату через пентозофосфатний шлях, вихідним метаболітом якого є глюкозо-6-фосфат. Однак багато з цих рішень не схвалено міжнародними регулюючими органами для людського використання.

Список літератури

1. Бернсток, Г. 2014. Пурини та пуриноцептори. Огляд молекулярної біології Список літератури Модулі в біомедичних науках. Адреса Word Wide Web: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.04741-3
2. Claramount, D. et al. 2015. Тваринні моделі дитячої хронічної хвороби. Нефрологія, 35 (6): 517-22.
3. Coade, S. and Pearson, J. 1989. Метаболізм аденінових нуклеотидів. Циркуляційне дослідження, 65: 531-37
4. Доусон, Р. та ін. 1986. Дані для біохімічних досліджень. Кларендон Прес, Оксфорд.
5. DrougBank. 2019. Аркуш аденіну хімічного складу. Word Wide Web address: https://www.drugbank.ca/drugs/DB00173
6. Хортон, R; Моран, Л; Scrimgeour, G; Perry, M. and Rawn, D. 2008. Принципи біохімії. 4-е видання. Пірсон освіта.
7. Найт, Г. 2009. Пуринергічні рецептори. Енциклопедія нейронауки. 1245-52. Веб-адреса Word Wide: https://doi.org/10.1016/B978-008045046-9.00693-8
8. Метьюз, Ван Холде, Ахерн. 2001. Біохімія. 3-е видання.
9. Мургола, Е. 2003. Аденин. Енциклопедія генетики. Word Wide Web address: https://doi.org/10.1006/rwgn.2001.0008
10. Мюррей, R; Granner, D; Mayes, P. and Rodwell, V. 2003. Ілюстрована біохімія Харпера. 26- ^е видання. Компанії McGraw-Hill.
11. Нельсон, DL та Кокс, М. 1994. Ленінгер. Принципи біохімії. 4-е видання. Ед Омега.
12. Зігма-Олдріх. 2019. Хімічний лист аденіну. Адреса Word Wide Web: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/ga8626?lang=en