ADENINE: STRUCTUUR, BIOSYNTHESE, FUNCTIES - BIOLOGIE - 2025

Het adenine is van het nucleobase-purine-type dat wordt aangetroffen in ribonucleïnezuren (RNA) en deoxyribonucleïnezuur (DNA) van levende organismen en virussen. Enkele van de functies van deze biopolymeren (RNA en DNA) zijn de opslag, replicatie, recombinatie en overdracht van genetische informatie.

Om nucleïnezuren te vormen, vormt eerst het stikstofatoom 9 van adenine een glycosidebinding met de eerste koolstof 1 (C1 ′) van ribose (van RNA) of 2'-deoxyribose (van DNA). Op deze manier vormt adenine het nucleoside adenosine of adenosine.

Bron: Pepemonbu

Ten tweede vormt de hydroxylgroep (-OH) op het 5 ′ koolstofatoom van de suiker (ribose of 2′-deoxyribose), van adenosine, een esterbinding met een fosfaatgroep.

In levende cellen kan het, afhankelijk van het aantal aanwezige fosfaatgroepen, adenosine-5′-monofosfaat (AMP), adenosine-5′-difosfaat (ADP) en adenosine-5′-trifosfaat (ATP) zijn. Er bestaan ​​ook equivalenten die 2′-deoxyribose bezitten. Bijvoorbeeld deoxyadenosine-5′-monofosfaat (dAMP), enz.

Structuur en kenmerken

Adenine, 6-aminopurine genaamd, heeft de empirische formule C ₅ H ₅ N ₅ en heeft een molecuulgewicht van 135,13 g / mol, gezuiverd als een bleekgele vaste stof, met een kookpunt van 360 ° C.

Het molecuul heeft een chemische structuur met dubbele ring met geconjugeerde dubbele bindingen, wat de fusie is van een pyrimidine met een imidazoolgroep. Hierdoor is adenine een plat heterocyclisch molecuul.

Het heeft een relatieve oplosbaarheid van 0,10 g / ml (bij 25 ºC), in zure en basische waterige oplossingen, met een pKa van 4,15 (bij 25 ºC).

Om dezelfde reden kan het worden gedetecteerd door absorptie bij 263 nm (met een absorptiecoëfficiënt van E ^{1,2 mM} = 13,2 M ^-1 .cm ^-1 in 1,0 M HCl), een gebied van het elektromagnetische spectrum overeenkomend met bijna ultraviolet.

Biosynthese

De biosynthese van purinenucleotiden is in praktisch alle levende wezens identiek. Het begint met de overdracht van een aminogroep van glutamine naar het substraat 5-fosforibosyl-1-pyrofosfaat (PRPP) en produceert 5-fosforibosylamine (PRA).

Dit is een reactie die wordt gekatalyseerd door glutamine-PRPP-transferase, een sleutelenzym bij de regulatie van deze metabole route.

Na achtereenvolgende toevoeging van de aminozuren glutamine, glycine, methenyl-folaat, aspartaat, N ¹⁰ -formyl-folaat PRA, die verdichtingen en ringsluiting, inosine-5'-monofosfaat omvatten (IMP) wordt geproduceerd, waarvan de heterocyclische eenheid hypoxanthine (6-oxypurine).

Deze toevoegingen worden aangedreven door de hydrolyse van ATP tot ADP en anorganisch fosfaat (Pi). Vervolgens wordt een aminogroep uit aspartaat aan het IMP toegevoegd, in een reactie gekoppeld aan de hydrolyse van guanosinetrifosfaat (GTP), om uiteindelijk AMP te genereren.

Deze laatste oefent controle uit over deze biosynthetische route door middel van negatieve feedback en werkt in op de enzymen die de vorming van PRA en de modificatie van IMP katalyseren.

Net als bij de afbraak van andere nucleotiden, ondergaat de stikstofbase van adenosinenucleotiden een proces dat 'recycling' wordt genoemd.

Recycling bestaat uit de overdracht van een fosfaatgroep van PRPP naar adenine, en vormt AMP en pyrofosfaat (PPi). Het is een enkele stap die wordt gekatalyseerd door het enzym adeninefosforibosyltransferase.

Rollen in oxidatief en reductief metabolisme

Adenine maakt deel uit van verschillende belangrijke moleculen in het oxidatieve metabolisme, die de volgende zijn:

1. Flavin adenine dinucleotide (FAD / FADH ₂ ) en nicotinamide adenine dinucleotide (NAD ⁺ / NADH), die deelnemen aan oxidatie-reductiereacties door het overbrengen van hydride-ionen (: H ^- ).
2. Co-enzym A (CoA), dat deelneemt aan de activering en overdracht van acylgroepen.

Tijdens oxidatief metabolisme functioneert NAD ⁺ als een elektronenacceptorsubstraat (hydride-ionen) en vormt het NADH. Terwijl FAD een cofactor is die elektronen accepteert en FADH _{2 wordt} .

Aan de andere kant vormt adenine nicotinamide-adeninedinucleotidefosfaat (NADP ⁺ / NADPH), dat deelneemt aan het reductieve metabolisme. NADPH is bijvoorbeeld een elektronendonorsubstraat tijdens de biosynthese van lipiden en deoxyribonucleotiden.

Adenine maakt deel uit van de vitamines. Niacine is bijvoorbeeld de voorloper van NAD ⁺ en NADP ⁺ en riboflavine is de voorloper van FAD.

Functies in genexpressie

Adenine behoort tot S-adenosylmethionine (SAM), een methylrest donor (CH ₃ ) en deelneemt in de methylatie van adenine en cytosine residuen in prokaryoten en eukaryoten.

In prokaryoten biedt methylering zijn eigen DNA-herkenningssysteem, waardoor het DNA wordt beschermd tegen zijn eigen beperkende enzymen.

In eukaryoten bepaalt methylering de expressie van genen; dat wil zeggen, het stelt vast welke genen tot expressie moeten worden gebracht en welke niet. Bovendien kunnen adeninemethyleringen reparatieplaatsen markeren voor beschadigd DNA.

Vele eiwitten die binden aan DNA, zoals transcriptiefactoren, hebben aminozuurresiduen glutamine en asparagine die waterstofbindingen vormen met het N- ⁷ atoom van adenine.

Functies in energiemetabolisme

Adenine maakt deel uit van ATP, een hoogenergetisch molecuul; dat wil zeggen, de hydrolyse is exergonisch en de vrije energie van Gibbs heeft een hoge en negatieve waarde (-7,0 Kcal / mol). In cellen neemt ATP deel aan veel reacties die energie vereisen, zoals:

- Bevordering van endergonische chemische reacties die worden gekatalyseerd door enzymen die deelnemen aan het intermediaire metabolisme en anabolisme, door de vorming van hoogenergetische tussenproducten of gekoppelde reacties.

- Bevordering van de eiwitbiosynthese in ribosomen door de verestering van aminozuren met hun corresponderende transfer-RNA (tRNA) toe te staan ​​om aminoacyl-tRNA te vormen.

- Bevorder de beweging van chemische stoffen door celmembranen. Er zijn vier soorten dragereiwitten: P, F, V en ABC. De P-, F- en V-typen dragen ionen en het ABC-type draagt ​​substraten. De Na ⁺ / K ⁺ ATPase , klasse P, heeft bijvoorbeeld één ATP nodig om twee K ⁺ in de cel te pompen en drie Na ^{+ eruit} .

- Boost spiercontractie. Levert de energie die ervoor zorgt dat actinefilament over myosine glijdt.

- Bevordering van nucleair transport. Wanneer de bèta-subeenheid van de heterodimere receptor aan ATP bindt, interageert deze met componenten van het nucleaire poriëncomplex.

Andere functies

Adenosine dient als een ligand voor receptoreiwitten die aanwezig zijn in neuronen en cellen van het darmepitheel, waar het fungeert als een extracellulaire of neuromodulatorboodschapper, wanneer veranderingen optreden in het cellulaire energiemetabolisme.

Adenine is aanwezig in krachtige antivirale middelen zoals arabinosiladenine (araA), dat wordt geproduceerd door sommige micro-organismen. Bovendien is het aanwezig in puromycine, een antibioticum dat de biosynthese van eiwitten remt en wordt geproduceerd door micro-organismen van het geslacht Streptomyces.

In AMP dient het als substraat voor reacties die de tweede boodschapper cyclisch AMP (cAMP) genereren. Deze verbinding, geproduceerd door het enzym adenylaatcyclase, is essentieel in de meeste van de intracellulaire signaalcascades, die nodig zijn voor celproliferatie en overleving, evenals voor ontsteking en celdood.

Sulfaat is in zijn vrije toestand niet reactief. Zodra het de cel binnenkomt, wordt het omgezet in adenosine-5'-fosfosulfaat (APS) en vervolgens in 3'-fosfoadenosine-5'-fosfosulfaat (PAPS). Bij zoogdieren is PAPS de donor van sulfaatgroepen en vormt het organische sulfaatesters zoals die van heparine en chondroïtine.

Bij de biosynthese van cysteïne dient S-adenosylmethionine (SAM) als een voorloper voor de synthese van S-adenosylhomocysteïne, dat in verschillende stappen, gekatalyseerd door enzymen, wordt omgezet in cysteïne.

Prebiotische synthese

Experimenteel is aangetoond dat houden waterstofcyanide (HCN) en ammoniak (NH ₃ ) afgesloten , onder laboratoriumomstandigheden vergelijkbaar zijn met die heerste op de vroege aarde, adenine wordt in het verkregen mengsel. Dit gebeurt zonder dat er een levende cel of celmateriaal aanwezig hoeft te zijn.

Prebiotische omstandigheden omvatten de afwezigheid van vrije moleculaire zuurstof, een sterk reducerende atmosfeer, intense ultraviolette straling, grote elektrische bogen zoals die worden gegenereerd bij stormen en hoge temperaturen. Dit veronderstelt dat adenine de belangrijkste en meest voorkomende stikstofbase was die werd gevormd tijdens prebiotische chemie.

De synthese van adenine zou dus een belangrijke stap zijn die de oorsprong van de eerste cellen mogelijk zou maken. Deze moesten een membraan hebben dat een gesloten compartiment vormde, waarin de moleculen zouden worden gevonden die nodig waren om de eerste biologische polymeren te bouwen die nodig waren voor zelfbestendigheid.

Gebruik als therapeutische en celkweekfactor

Adenine is, samen met andere organische en anorganische chemische verbindingen, een essentieel ingrediënt in het recept dat in alle biochemische, genetica, moleculaire biologie en microbiologische laboratoria ter wereld wordt gebruikt om cellen te laten groeien die in de loop van de tijd levensvatbaar zijn.

Dit komt omdat wilde normale celvariëteiten beschikbare adenine uit de omgeving kunnen detecteren en vangen en het kunnen gebruiken om hun eigen adenine-nucleosiden te synthetiseren.

Dit is een vorm van celoverleving, waarbij interne bronnen worden bespaard door meer complexe biologische moleculen te synthetiseren uit eenvoudige voorlopers die van buitenaf zijn genomen.

In experimentele modellen van chronische nierziekte hebben muizen een mutatie in het adeninefosforibosyltransferasegen dat een inactief enzym produceert. Deze muizen krijgen in de handel verkrijgbare oplossingen die adenine, natriumcitraat en glucose bevatten, intraveneus, om een ​​snel herstel te bevorderen.

Deze behandeling is gebaseerd op het feit dat PRPP, de initiële metaboliet voor purinebiosynthese, wordt gesynthetiseerd uit ribose-5-fosfaat via de pentosefosfaatroute, waarvan de uitgangsmetaboliet glucose-6-fosfaat is. Veel van deze oplossingen zijn echter niet goedgekeurd door internationale regelgevende instanties voor menselijk gebruik.

Referenties

1. Burnstock, G. 2014. Purines en Purinoceptors. Moleculaire biologie Overzicht. Referenties Modules in Biomedical Sciences. Word Wide Web-adres: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.04741-3
2. Claramount, D. et al. 2015. Diermodellen van pediatrische chronische ziekten. Nefrologie, 35 (6): 517-22.
3. Coade, S. en Pearson, J. 1989. Metabolisme van adeninenucleotiden. Circulation Research, 65: 531-37
4. Dawson, R. et al. 1986. Gegevens voor biochemisch onderzoek. Clarendon Press, Oxford.
5. DrougBank. 2019. Adenine Chemichal Sheet. Word Wide Web-adres: https://www.drugbank.ca/drugs/DB00173
6. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. en Rawn, D. 2008. Principes van biochemie. 4e editie. Pearson Education.
7. Knight, G. 2009. Purinerge receptoren. Encyclopedia of Neuroscience. 1245-1252. Word Wide Web-adres: https://doi.org/10.1016/B978-008045046-9.00693-8
8. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biochemistry. 3e editie.
9. Murgola, E. 2003. Adenine. Encyclopedia of Genetics. Word Wide Web-adres: https://doi.org/10.1006/rwgn.2001.0008
10. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. en Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. 26 ^ste editie. McGraw-Hill-bedrijven.
11. Nelson, DL & Cox, M. 1994. Lehninger. Principes van biochemie. 4e editie. Ed Omega.
12. Sigma-Aldrich. 2019. Adenine chemisch blad. Word Wide Web-adres: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/ga8626?lang=en