ADENINE: STRUKTUR, BIOSINTESIS, FUNGSI - BIOLOGI

The adenina adalah jenis nucleobase purin dijumpai di dalam asid ribonucleic (RNA) dan deoksiribonukleik (DNA) organisma hidup dan virus. Beberapa fungsi biopolimer ini (RNA dan DNA) adalah penyimpanan, replikasi, penggabungan semula dan pemindahan maklumat genetik.

Untuk membentuk asid nukleik, pertama atom nitrogen 9 adenin membentuk ikatan glikosidik dengan karbon utama 1 (C1 ′) ribosa (dari RNA) atau 2'-deoxyribose (dari DNA). Dengan cara ini, adenin membentuk nukleosida adenosin atau adenosin.

Sumber: Pepemonbu

Kedua, kumpulan hidroksil (-OH) pada karbon 5 the gula (ribosa atau 2′-deoksiribosa), adenosin, membentuk ikatan ester dengan kumpulan fosfat.

Dalam sel hidup, bergantung pada jumlah kumpulan fosfat yang ada, ia boleh menjadi adenosin-5′-monofosfat (AMP), adenosin-5′-difosfat (ADP) dan adenosin-5′-trifosfat (ATP). Setara yang mempunyai 2′-deoxyribose juga wujud. Contohnya, deoxyadenosine-5′-monophosphate (dAMP), dll.

Struktur dan ciri

Adenine, yang disebut 6-aminopurine, mempunyai formula empirik C ₅ H ₅ N ₅ , dan mempunyai berat molekul 135,13 g / mol, disucikan sebagai pepejal kuning pucat, dengan titik didih 360ºC.

Molekulnya mempunyai struktur kimia cincin ganda dengan ikatan berganda terkonjugasi, yang merupakan peleburan pyrimidine dengan kumpulan imidazol. Oleh kerana itu, adenin adalah molekul heterosiklik rata.

Ia mempunyai kelarutan relatif 0.10 g / mL (pada 25 ºC), dalam larutan berair berasid dan asas, dengan pKa 4.15 (pada 25 ºC).

Atas sebab yang sama, ia dapat dikesan oleh daya serap pada 263 nm (dengan pekali penyerapan E ^{1.2 mM} = 13.2 M ^-1 .cm ^-1 dalam 1.0 M HCl), kawasan spektrum elektromagnetik sepadan dengan ultraviolet dekat.

Biosintesis

Biosintesis nukleotida purin adalah serupa dalam hampir semua makhluk hidup. Ia bermula dengan pemindahan kumpulan amino dari glutamin ke substrat 5-fosforibosil-1-pirofosfat (PRPP), dan menghasilkan 5-fosforiboslamina (PRA).

Ini adalah reaksi yang dikatalisis oleh glutamin-PRPP transferase, enzim utama dalam pengaturan jalur metabolik ini.

Setelah penambahan berurutan asid amino glutamin, glisin, metenil-folat, aspartat, N ¹⁰ -formil-folat ke PRA, yang merangkumi pemeluwapan dan penutupan cincin, inosin-5′-monofosfat (IMP) dihasilkan, yang unit heterosikliknya hypoxanthine (6-oxypurine).

Penambahan ini didorong oleh hidrolisis ATP ke ADP dan fosfat anorganik (Pi). Selepas itu, kumpulan amino dari aspartat ditambahkan ke IMP, dalam reaksi yang digabungkan dengan hidrolisis guanosin-trifosfat (GTP), untuk akhirnya menghasilkan AMP.

Yang terakhir menjalankan kawalan jalur biosintetik ini melalui maklum balas negatif, bertindak terhadap enzim yang menjadi pemangkin pembentukan PRA dan pengubahsuaian IMP.

Seperti pemecahan nukleotida lain, asas nitrogen nukleotida adenosin menjalani proses yang disebut "kitar semula."

Kitar semula terdiri daripada pemindahan kumpulan fosfat dari PRPP ke adenin, dan membentuk AMP dan pirofosfat (PPi). Ini adalah satu langkah yang dikatalisis oleh enzim adenine phosphoribosyltransferase.

Peranan dalam metabolisme oksidatif dan reduktif

Adenine adalah sebahagian daripada beberapa molekul penting dalam metabolisme oksidatif, yang berikut:

Flavin adenine dinucleotide (FAD / FADH ₂ ) dan nikotinamide adenine dinucleotide (NAD ⁺ / NADH), yang mengambil bahagian dalam reaksi pengurangan oksidasi dengan memindahkan ion hidrida (: H ^- ).
Coenzyme A (CoA), yang mengambil bahagian dalam pengaktifan dan pemindahan kumpulan asil.

Semasa metabolisme oksidatif, NAD ⁺ berfungsi sebagai substrat penerima elektron (ion hidrida) dan membentuk NADH. Manakala FAD adalah kofaktor yang menerima elektron dan menjadi FADH ₂ .

Sebaliknya, adenin membentuk nikotinamida adenin dinukleotida fosfat (NADP ⁺ / NADPH), yang mengambil bahagian dalam metabolisme reduktif. Sebagai contoh, NADPH adalah substrat penderma elektron semasa biosintesis lipid dan deoxyribonucleotide.

Adenine adalah sebahagian daripada vitamin. Contohnya, niasin adalah pendahulu kepada NAD ⁺ dan NADP ⁺ dan riboflavin adalah pendahulu kepada FAD.

Fungsi dalam ekspresi gen

Adenine adalah sebahagian daripada S-adenosylmethionine (SAM), yang merupakan penderma radikal metil (-CH ₃ ) dan mengambil bahagian dalam metilasi residu adenin dan sitosin di prokariota dan eukariota.

Dalam prokariota, metilasi menyediakan sistem pengecaman DNA sendiri, dengan itu melindungi DNA dari enzim pembatasannya sendiri.

Dalam eukariota, metilasi menentukan ekspresi gen; iaitu, ia menentukan gen mana yang harus dinyatakan dan mana yang tidak boleh. Sebagai tambahan, metilasi adenin dapat menandakan tempat pembaikan DNA yang rosak.

Banyak protein yang mengikat kepada DNA, seperti faktor-faktor transkripsi, mempunyai amino residu asid glutamine dan asparagine bahawa bon bentuk hidrogen dengan N ⁷ atom adenina.

Fungsi dalam metabolisme tenaga

Adenine adalah bahagian ATP, yang merupakan molekul bertenaga tinggi; iaitu hidrolisisnya adalah eksergonik, dan tenaga bebas Gibbs adalah nilai tinggi dan negatif (-7.0 Kcal / mol). Dalam sel, ATP mengambil bahagian dalam banyak reaksi yang memerlukan tenaga, seperti:

- Menggalakkan reaksi kimia endergonik yang dikatalisis oleh enzim yang berpartisipasi dalam metabolisme perantaraan dan anabolisme, melalui pembentukan perantara bertenaga tinggi atau reaksi berpasangan.

- Menggalakkan biosintesis protein dalam ribosom, dengan membenarkan esterifikasi asid amino dengan RNA pemindahan yang sesuai (tRNA), untuk membentuk aminoasil-tRNA.

- Menggalakkan pergerakan bahan kimia melalui membran sel. Terdapat empat jenis protein pembawa: P, F, V, dan ABC. Jenis P, F, dan V membawa ion dan jenis ABC membawa substrat. Contohnya, Na ⁺ / K ⁺ ATPase , kelas P, memerlukan ATP untuk mengepam dua K ⁺ ke dalam sel dan tiga Na ^{+ keluar} .

- Meningkatkan pengecutan otot. Membekalkan tenaga yang mengarahkan filamen aktin meluncur ke atas myosin.

- Menggalakkan pengangkutan nuklear. Apabila subunit beta reseptor heterodimerik mengikat ATP, ia berinteraksi dengan komponen kompleks liang nuklear.

Fungsi lain

Adenosine berfungsi sebagai ligan untuk protein reseptor yang terdapat dalam neuron dan sel epitel usus, di mana ia berfungsi sebagai utusan ekstraselular atau neuromodulator, ketika perubahan terjadi pada metabolisme tenaga sel.

Adenine terdapat dalam agen antivirus yang kuat seperti arabinosiladenine (araA), yang dihasilkan oleh beberapa mikroorganisma. Selanjutnya, terdapat dalam puromycin, antibiotik yang menghalang biosintesis protein dan dihasilkan oleh mikroorganisma genus Streptomyces.

Dalam AMP berfungsi sebagai substrat untuk reaksi yang menghasilkan AMP siklik utusan kedua (cAMP). Sebatian ini, yang dihasilkan oleh enzim adenylate cyclase, sangat penting dalam sebahagian besar lata isyarat intraselular, diperlukan untuk percambahan sel dan kelangsungan hidup, serta keradangan dan kematian sel.

Sulfat dalam keadaan bebasnya tidak reaktif. Setelah memasuki sel, ia menjadi adenosin-5'-phosphosulfate (APS), dan seterusnya 3'-phosphoadenosine-5'-phosphosulfate (PAPS). Pada mamalia, PAPS adalah penderma kumpulan sulfat dan membentuk ester sulfat organik seperti heparin dan kondroitin.

Dalam biosintesis sistein, S-adenosylmethionine (SAM) berfungsi sebagai pendahulu untuk sintesis S-adenosylhomocysteine, yang diubah oleh beberapa langkah, dikatalisis oleh enzim, menjadi sistein.

Sintesis Prebiotik

Secara eksperimen, telah ditunjukkan bahawa menjaga hidrogen sianida (HCN) dan ammonia (NH ₃ ) tertutup , dalam keadaan makmal yang serupa dengan yang berlaku di Bumi awal, adenin dihasilkan dalam campuran yang dihasilkan. Ini berlaku tanpa perlu ada sel hidup atau bahan selular.

Keadaan prebiotik termasuk ketiadaan oksigen molekul bebas, atmosfer yang sangat berkurang, sinaran ultraviolet yang kuat, busur elektrik yang besar seperti yang dihasilkan dalam ribut, dan suhu tinggi. Ini mengandaikan bahawa adenin adalah asas nitrogen utama dan paling banyak yang terbentuk semasa kimia prebiotik.

Oleh itu, sintesis adenin akan menjadi langkah penting yang memungkinkan asal sel pertama mungkin. Ini harus mempunyai membran yang membentuk petak tertutup, di mana molekul yang diperlukan untuk membina polimer biologi pertama yang diperlukan untuk pengabadian diri akan dijumpai.

Gunakan sebagai faktor terapi dan kultur sel

Adenine, bersama dengan sebatian kimia organik dan anorganik lain, merupakan ramuan penting dalam resipi yang digunakan dalam semua makmal biokimia, genetik, biologi molekul dan mikrobiologi di dunia, untuk menumbuhkan sel-sel yang dapat bertahan dari masa ke masa.

Ini kerana jenis sel normal liar dapat mengesan dan menangkap adenin yang ada dari persekitaran sekitarnya dan menggunakannya untuk mensintesis nukleosida adenin mereka sendiri.

Ini mengandaikan satu bentuk kelangsungan selular, yang menjimatkan sumber dalaman yang mensintesis molekul biologi yang lebih kompleks dari prekursor sederhana yang diambil dari luar.

Dalam model eksperimen penyakit ginjal kronik, tikus mempunyai mutasi pada gen adenin fosforibosiltransferase yang menghasilkan enzim yang tidak aktif. Tikus ini diberikan larutan komersial yang mengandungi adenin, natrium sitrat, dan glukosa, secara intravena, untuk mendorong pemulihan yang cepat.

Rawatan ini didasarkan pada fakta bahawa PRPP, metabolit awal untuk biosintesis purin, disintesis dari ribosa-5-fosfat melalui jalur fosfat pentosa, yang metabolit permulaannya adalah glukosa-6-fosfat. Walau bagaimanapun, banyak penyelesaian ini tidak diluluskan oleh badan pengawalseliaan antarabangsa untuk penggunaan manusia.

Rujukan

Burnstock, G. 2014. Purines dan Purinoceptors. Tinjauan Biologi Molekul. Modul Rujukan dalam Sains Bioperubatan. Alamat Web Wide Web: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.04741-3
Claramount, D. et al. 2015. Model haiwan penyakit kronik pediatrik. Nefrologi, 35 (6): 517-22.
Coade, S. dan Pearson, J. 1989. Metabolisme nukleotida adenin. Penyelidikan Edaran, 65: 531-37
Dawson, R. et al. 1986. Data untuk Penyelidikan Biokimia. Clarendon Press, Oxford.
Bank Droug. 2019. Lembaran Kimia Adenine. Alamat Web Wide Web: https://www.drugbank.ca/drugs/DB00173
Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. dan Rawn, D. 2008. Prinsip Biokimia. Edisi ke-4. Pendidikan Pearson.
Knight, G. 2009. Reseptor Purinergik. Ensiklopedia Neurosains. 1245-52. Alamat Web Word Wide: https://doi.org/10.1016/B978-008045046-9.00693-8
Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biokimia. Edisi ke-3.
Murgola, E. 2003. Adenine. Ensiklopedia Genetik. Alamat Web Wide Web: https://doi.org/10.1006/rwgn.2001.0008
Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. Edisi ^ke- 26 . Syarikat McGraw-Hill.
Nelson, DL & Cox, M. 1994. Lehninger. Prinsip Biokimia. Edisi ke-4. Ed Omega.
Sigma-Aldrich. 2019. Lembaran Kimia Adenine. Alamat Web Wide Web: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/ga8626?lang=en

ADENINE: STRUKTUR, BIOSINTESIS, FUNGSI - BIOLOGI - 2026