- מבנה ותכונות
- ביוסינתזה
- תפקידים במטבוליזם חמצוני ומפחית
- פונקציות בביטוי גנים
- פונקציות במטבוליזם אנרגיה
- פעולות אחרות
- סינתזה פרוביוטית
- השתמש כגורם טיפולי ותרבות תאים
- הפניות
אדנין הוא סוג purine nucleobase למצוא חומצות ריבונוקלאית (RNA) ו דוקסיריבונוקלאית (DNA) של אורגניזמים ווירוסים חיים. חלק מתפקידי הביופולימרים הללו (RNA ו- DNA) הם אחסון, שכפול, שילוב מחדש והעברת מידע גנטי.
כדי להוות חומצות גרעין, תחילה אטום החנקן 9 של אדנין יוצר קשר גליקוזידי עם הפחמן העיקרי 1 (C1 ′) של ריבוז (של RNA) או 2'-deoxyribose (של DNA). בדרך זו אדנין יוצר את הנוקלאוזיד אדנוזין או אדנוזין.
מקור: פפימבו
שנית, קבוצת ההידרוקסיל (-OH) על פחמן 5 of של הסוכר (ריבוז או 2′-deoxyribose), של אדנוזין, יוצרת קשר אסטר לקבוצת פוספט.
בתאים חיים, בהתאם למספר קבוצות הפוספט הקיימות, זה יכול להיות אדנוזין -5′-מונופוספט (AMP), אדנוזין-5′-דיפוספט (ADP) ואדנוזין-5′-טריפוספט (ATP). קיימים גם מקבילות שיש בהן 2′-deoxyribose. לדוגמה, deoxyadenosine-5′-monophosphate (dAMP) וכו '.
מבנה ותכונות
אדנין, המכונה 6-aminopurine, הוא בעל הנוסחה האמפירית C 5 H 5 N 5 , ובעל משקל מולקולרי של 135.13 גרם / מול, מטוהרים כמוצק צהוב בהיר, עם נקודת רתיחה של 360 מעלות צלזיוס.
למולקולה שלה מבנה כימי טבעתי כפול עם קשרים כפולים מצומדים, שהם היתוך של פירימידין עם קבוצת imidazole. בגלל זה, אדנין הוא מולקולה הטרוציקלית שטוחה.
יש לו מסיסות יחסית של 0.10 גרם / מ"ל (בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס), בתמיסות מימיות חומציות ובסיסיות, עם pKa של 4.15 (על 25 מעלות צלזיוס).
מאותה סיבה זו הוא מסוגל לגלות על ידי ספיגה ב 263 ננומטר (עם מקדם ספיגה של E 1.2 mM = 13.2 M -1. Cm -1 ב 1.0 M HCl), אזור של הספקטרום האלקטרומגנטי תואם כמעט אולטרה סגול.
ביוסינתזה
ביוסינתזה של נוקליאוטידים פורין זהה כמעט בכל היצורים החיים. זה מתחיל בהעברת קבוצת אמינו מגלוטמין לתשתית 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP), ומייצר 5-phosphoribosylamine (PRA).
זוהי תגובה המוזזמת על ידי העברת גלוטמין-PRPP, אנזים מפתח בוויסות מסלול מטבולי זה.
לאחר תוספות רצופות של חומצות האמינו גלוטמין, גליצין, מתניל-פולאט, אספרטט, N 10 -פורמיל-פולאט ל- PRA, הכוללות עיבודים וסגירת טבעת, מיוצר אינוסין-5′-מונופוספט (IMP), שהיחידה ההטרוציקלית שלו היא hypoxanthine (6-oxypurine).
תוספות אלה מונעות על ידי הידרוליזה של ATP ל- ADP ופוספט אנאורגני (Pi). בהמשך, קבוצת אמינו מ אספרטט מתווספת ל- IMP, בתגובה יחד עם הידרוליזה של גואנוזין-טריפוספט (GTP), כדי לייצר סוף סוף AMP.
זה האחרון מפעיל שליטה על מסלול ביו-סינטטי זה באמצעות משוב שלילי, הפועל על אנזימים המזרזים את היווצרות ה- PRA ושינוי ה- IMP.
בדומה לפירוק נוקליאוטידים אחרים, הבסיס החנקני של נוקליאוטידים אדנוזין עובר תהליך המכונה "מיחזור".
המיחזור מורכב מהעברת קבוצת פוספטים מ- PRPP לאדנין ויוצר AMP ופירופוספט (PPi). זהו שלב אחד שמוזרז על ידי האנזים אדנין פוספוריבוסיל טרנספרז.
תפקידים במטבוליזם חמצוני ומפחית
אדנין הוא חלק ממספר מולקולות חשובות במטבוליזם חמצוני, שהן:
- פלבין אדנין דינוקלוטיד (FAD / FADH 2 ) וניקוטין אדנין דינוקלוטיד (NAD + / NADH) שמשתתפים בתגובות להפחתת חמצון על ידי העברת יוני הידריד (: H - ).
- קואנזים A (CoA) שמשתתף בהפעלה והעברה של קבוצות acyl.
במהלך חילוף חומרים חמצוני, NAD + מתפקד כמצע קיבול אלקטרונים (יוני הידריד) ויוצר NADH. ואילו FAD הוא קופקטור שמקבל אלקטרונים והופך ל- FADH 2 .
מצד שני, אדנין מייצר פוספט ניקוטינאמיד אדנין דינוקלוטייד (NADP + / NADPH), שמשתתף במטבוליזם רדוקטיבי. לדוגמה, NADPH הוא מצע לתורם אלקטרונים במהלך ביוסינתזה של שומנים ודהוקסיריבונוקלאוטידים.
אדנין הוא חלק מהוויטמינים. לדוגמא, ניאצין הוא המבשר ל- NAD + ו- NADP + והריבופלבין הוא המבשר ל- FAD.
פונקציות בביטוי גנים
אדנין הוא חלק S-adenosylmethionine (SAM), שהינה תורם רדיקלי מתיל (-CH 3 ) ומשתתפים מתילציה של שאריות אדנין ו ציטוזין ב פרוקריוטים ואיקריוטים.
בפרוקריוטים מתילציה מספקת מערכת זיהוי DNA משלה, ובכך מגנה על ה- DNA מפני אנזימים מגבילים משלה.
באוקריוטות מתילציה קובעת את ביטוי הגנים; כלומר הוא קובע אילו גנים צריכים לבוא לידי ביטוי ואילו לא כדאי. בנוסף, מתילציות אדנין יכולות לסמן אתרי תיקון ל DNA פגום.
לחלבונים רבים הנקשרים ל- DNA, כמו גורמי שעתוק, יש שאריות חומצות אמינו גלוטמין ואספרגין היוצרים קשרי מימן לאטום N 7 של אדנין.
פונקציות במטבוליזם אנרגיה
אדנין הוא חלק מ- ATP שהיא מולקולה בעלת אנרגיה גבוהה; כלומר, ההידרוליזה שלו היא אקסרגונית, והאנרגיה החופשית של גיבס היא ערך גבוה ושלילי (-7.0 קק"ל / מול). בתאים, ATP משתתף בתגובות רבות הדורשות אנרגיה, כגון:
- לקדם תגובות כימיות אנדרגוניות המוזרזות על ידי אנזימים המשתתפים בחילוף חומרים ביניים ובאנבוליזם, באמצעות היווצרות של ביניים בעלי אנרגיה גבוהה או תגובות מצומדות.
- קידום ביוסינתזה של חלבון בריבוזומים, על ידי מתן ייסור של חומצות אמינו עם ה- RNA העברה המקביל להן (tRNA), ליצירת aminoacyl-tRNA.
- לקדם את התנועה של חומרים כימיים דרך ממברנות התא. ישנם ארבעה סוגים של חלבונים נשאים: P, F, V ו- ABC. סוגי P, F ו- V נושאים יוני וסוג ה- ABC נושא מצעים. לדוגמה, Na + / K + ATPase , מחלקה P, זקוק ל- ATP כדי להזרים שני K + לתא ושלושה Na + החוצה .
- שפר את התכווצות השרירים. מספק את האנרגיה שמכוונת את החלקה על נימת אקטין מעל המיוזין.
- לקדם תובלה גרעינית. כאשר תת-יחידת הבטא של הקולטן ההטרודימריק נקשרת ל- ATP, היא מקיימת אינטראקציה עם רכיבים של קומפלקס הנקבוביות הגרעיניות.
פעולות אחרות
אדנוזין משמש כליגנד לחלבוני קולטן שנמצאים בנוירונים ותאים של אפיתל המעי, שם הוא פועל כשליח חוץ-תאי או כמעבר-עצבי, כאשר מתרחשים שינויים במטבוליזם האנרגיה התאית.
אדנין קיים בתכשירים אנטי-ויראליים חזקים כמו arabinosiladenine (araA) המיוצר על ידי מיקרואורגניזמים מסוימים. יתר על כן, הוא קיים בפורומיצין, אנטיביוטיקה שמעכבת ביוסינתזה של חלבון ומופקת על ידי מיקרואורגניזמים של הסוג סטרפטומייס.
ב- AMP הוא משמש מצע לתגובות המייצרות את ה- AMP המחזורי השני של ה- Messenger (cAMP). תרכובת זו, המיוצרת על ידי האנזים אדנילט ציקלאז, חיונית ברוב מפל האיתות התאי, הכרחי להפצת תאים ולהישרדות, כמו גם לדלקת ומוות של תאים.
סולפט במצבו החופשי אינו מגיב. ברגע שהוא נכנס לתא, הוא מומר לאדנוזין-5'-פוספוסולפט (APS), ובהמשך ל- 3'-פוספואדנוזין-5'-פוספוסולפט (PAPS). אצל יונקים, PAPS הוא התורם של קבוצות סולפט ויוצר אסטרים סולפטיים אורגניים כמו אלה של הפרין וכונדרויטין.
בביוסינתזה של ציסטאין, S-adenosylmethionine (SAM) משמש כמבשר לסינתזה של S-adenosylhomocysteine, שהופכת בכמה צעדים, המנותזים על ידי אנזימים, לציסטאין.
סינתזה פרוביוטית
באופן ניסיוני, הוכח כי שמירת ציאניד מימן (HCN) ואמוניה (NH 3 ) סגורים , בתנאי מעבדה הדומים לאלה ששררו בתחילת כדור הארץ, אדנין מיוצר בתערובת המתקבלת. זה מתרחש ללא צורך בתא חי או בחומר סלולרי כלשהו.
תנאים פרה-ביוטיים כוללים היעדר חמצן מולקולרי חופשי, אווירה מצמצמת מאוד, קרינה אולטרה סגולה אינטנסיבית, קשתות חשמל גדולות כמו אלו הנוצרות בסערות וטמפרטורות גבוהות. זה מניח כי אדנין היה בסיס החנקן העיקרי והשופע ביותר שנוצר במהלך הכימיה הפרביוטית.
לפיכך, סינתזה של אדנין תהווה צעד מפתח שיאפשר את מקור התאים הראשונים. אלה היו חייבים להיות קרום שיוצר תא סגור, שבתוכו יימצאו המולקולות הנדרשות לבניית הפולימרים הביולוגיים הראשונים הנחוצים להנצחה עצמית.
השתמש כגורם טיפולי ותרבות תאים
אדנין הוא, יחד עם תרכובות כימיות אורגניות ואי-אורגניות אחרות, מרכיב חיוני במתכון המשמש בכל המעבדות הביוכימיה, הגנטיקה, הביולוגיה המולקולרית והמיקרוביולוגיה בעולם, לגידול תאים ברי-קיימא לאורך זמן.
הסיבה לכך היא שזני תאים רגילים פראיים יכולים לאתר וללכוד אדנין זמין מהסביבה הסובבת אותו ולהשתמש בו כדי לסנתז את גרעיני האדרנין שלהם.
זוהי סוג של הישרדות תאים, החוסך משאבים פנימיים על ידי סינתזה של מולקולות ביולוגיות מורכבות יותר מקודמים פשוטים שנלקחו מבחוץ.
במודלים ניסויים של מחלת כליות כרונית, לעכברים יש מוטציה בגן אדנין פוספוריבוסילטרנספראז המייצר אנזים לא פעיל. עכברים אלו מנוהלים בתמיסות מסחריות המכילות אדנין, נתרן ציטראט וגלוקוזה, תוך ורידי, כדי לקדם התאוששות מהירה.
טיפול זה מבוסס על העובדה ש- PRPP, המטבוליט הראשוני לביוסינתזה של פורין, מסונתז מריבוז-5-פוספט דרך מסלול הפוספט פוסוז, שהמטבוליט המוצא שלו הוא גלוקוז-6-פוספט. עם זאת, רבים מהפתרונות הללו אינם מאושרים על ידי גורמי רגולציה בינלאומיים לשימוש אנושי.
הפניות
- Burnstock, G. 2014. Purines and Purinoceptors. סקירה כללית של ביולוגיה מולקולרית. הפניות מודולים במדעים ביו-רפואיים. כתובת אינטרנט רחבה: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.04741-3
- Claramount, D. et al. 2015. מודלים של בעלי חיים למחלות כרוניות בילדים. נפרולוגיה, 35 (6): 517-22.
- Coade, S. ו Pearson, J. 1989. מטבוליזם של נוקליאוטידים אדרנין. מחזור הדם, 65: 531-37
- דוסון, ר 'ואח'. 1986. נתונים למחקר ביוכימי. Clarendon Press, אוקספורד.
- DrougBank. 2019. גיליון Adenine Chemichal. כתובת אינטרנט רחבה: https://www.drugbank.ca/drugs/DB00173
- הורטון, ר; מורן, ל; Scrimgeour, G; פרי, מ 'וראון, ד. 2008. עקרונות ביוכימיה. מהדורה רביעית. פירסון חינוך.
- נייט, ג. 2009. קולטנים פורינרגיים. אנציקלופדיה של מדעי המוח. 1245-52. כתובת אינטרנט רחבה: https://doi.org/10.1016/B978-008045046-9.00693-8
- מת'יו, ואן הולדה, אהרן. 2001. ביוכימיה. המהדורה השלישית.
- Murgola, E. 2003. Adenine. אנציקלופדיה לגנטיקה. כתובת אינטרנט רחבה: https://doi.org/10.1006/rwgn.2001.0008
- מוריי, ר; סניף, ד; Mayes, P. and Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. 26 th Edition. חברות מקגרו-היל.
- נלסון, DL & Cox, M. 1994. Lehninger. עקרונות הביוכימיה. מהדורה רביעית. אד אומגה.
- סיגמא-אלדריך. 2019. גיליון כימני אדנין. כתובת אינטרנט רחבה: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/ga8626?lang=en