ADENINE: CẤU TRÚC, SINH TỔNG HỢP, CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2025

Các adenine là nucleobase loại purine được tìm thấy trong axit ribonucleic (RNA) và deoxyribonucleic (ADN) của các sinh vật sống và virus. Một số chức năng của các bộ tạo sinh (RNA và DNA) này là lưu trữ, sao chép, tái tổ hợp và chuyển giao thông tin di truyền.

Để tạo thành axit nucleic, đầu tiên nguyên tử nitơ 9 của adenin tạo liên kết glycosidic với cacbon nguyên tố 1 (C1 ′) của ribose (của ARN) hoặc 2'-deoxyribose (của ADN). Theo cách này, adenine tạo thành nucleoside adenosine hoặc adenosine.

Nguồn: Pepemonbu

Thứ hai, nhóm hydroxyl (-OH) trên 5 ′ cacbon của đường (ribose hoặc 2′-deoxyribose), của adenosine, tạo thành liên kết este với nhóm photphat.

Trong tế bào sống, tùy thuộc vào số lượng nhóm phosphate hiện diện, nó có thể là adenosine-5′-monophosphate (AMP), adenosine-5′-diphosphate (ADP) và adenosine-5′-triphosphate (ATP). Tương đương sở hữu 2'-deoxyribose cũng tồn tại. Ví dụ: deoxyadenosine-5′-monophosphate (dAMP), v.v.

Cấu trúc và đặc điểm

Adenine, được gọi là 6-aminopurine, có công thức thực nghiệm C ₅ H ₅ N ₅ , và có trọng lượng phân tử là 135,13 g / mol, được tinh chế dưới dạng chất rắn màu vàng nhạt, có nhiệt độ sôi 360ºC.

Phân tử của nó có cấu trúc hóa học vòng đôi với các liên kết đôi liên hợp, là sự hợp nhất của pyrimidine với một nhóm imidazole. Do đó, adenin là một phân tử dị vòng phẳng.

Nó có độ hòa tan tương đối là 0,10 g / mL (ở 25ºC), trong dung dịch nước có tính axit và bazơ, với pKa là 4,15 (ở 25ºC).

Cũng vì lý do này, nó có khả năng được phát hiện bằng độ hấp thụ ở bước sóng 263 nm (với hệ số hấp thụ E ^{1,2 mM} = 13,2 M ^-1 .cm ^-1 trong 1,0 M HCl), một vùng của quang phổ điện từ. tương ứng với tử ngoại gần.

Sinh tổng hợp

Quá trình sinh tổng hợp nucleotide Purine giống hệt nhau trong thực tế tất cả các sinh vật. Nó bắt đầu bằng việc chuyển một nhóm amin từ glutamine sang chất nền 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP), và tạo ra 5-phosphoribosylamine (PRA).

Đây là một phản ứng được xúc tác bởi glutamine-PRPP transferase, một loại enzyme quan trọng trong việc điều chỉnh con đường trao đổi chất này.

Sau khi bổ sung liên tiếp các axit amin glutamine, glycine, methenyl-folate, aspartate, N ¹⁰ -formyl-folate vào PRA, bao gồm sự ngưng tụ và đóng vòng, inosine-5'-monophosphate (IMP) được tạo ra, có đơn vị dị vòng là hypoxanthine (6-oxypurine).

Những bổ sung này được thúc đẩy bởi quá trình thủy phân ATP thành ADP và phốt phát vô cơ (Pi). Sau đó, một nhóm amin từ aspartate được thêm vào IMP, trong phản ứng kết hợp với quá trình thủy phân guanosine-triphosphate (GTP), để cuối cùng tạo ra AMP.

Loại thứ hai thực hiện kiểm soát con đường sinh tổng hợp này thông qua phản hồi tiêu cực, tác động lên các enzym xúc tác sự hình thành PRA và sửa đổi IMP.

Cũng như sự phân hủy của các nucleotide khác, cơ sở nitơ của nucleotide adenosine trải qua một quá trình được gọi là "tái chế".

Việc tái chế bao gồm việc chuyển một nhóm photphat từ PRPP thành adenin, và tạo thành AMP và pyrophosphat (PPi). Nó là một bước duy nhất được xúc tác bởi enzyme adenine phosphoribosyltransferase.

Vai trò trong chuyển hóa oxy hóa và khử

Adenine là một phần của một số phân tử quan trọng trong quá trình chuyển hóa oxy hóa, đó là những chất sau:

1. Flavin adenine dinucleotide (FAD / FADH ₂ ) và nicotinamide adenine dinucleotide (NAD ⁺ / NADH), tham gia vào các phản ứng oxy hóa-khử bằng cách chuyển các ion hydride (: H ^- ).
2. Coenzyme A (CoA), tham gia vào quá trình hoạt hóa và chuyển các nhóm acyl.

Trong quá trình chuyển hóa oxy hóa, NAD ⁺ hoạt động như một chất nền nhận điện tử (ion hydrua) và tạo thành NADH. Trong khi FAD là một đồng yếu tố nhận electron và trở thành FADH ₂ .

Mặt khác, adenine tạo thành nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP ⁺ / NADPH), tham gia vào quá trình chuyển hóa khử. Ví dụ, NADPH là chất nền cho điện tử trong quá trình sinh tổng hợp lipid và deoxyribonucleotide.

Adenine là một phần của vitamin. Ví dụ, niacin là tiền thân của NAD ⁺ và NADP ⁺ và riboflavin là tiền thân của FAD.

Các chức năng trong biểu hiện gen

Adenine là một phần của S-adenosylmethionine (SAM), là chất cho gốc methyl (-CH ₃ ) và tham gia vào quá trình methyl hóa các gốc adenin và cytosine ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn.

Ở sinh vật nhân sơ, quá trình methyl hóa cung cấp hệ thống nhận dạng DNA của chính nó, do đó bảo vệ DNA khỏi các enzym hạn chế của chính nó.

Ở sinh vật nhân thực, quá trình metyl hóa quyết định sự biểu hiện của gen; nghĩa là, nó thiết lập những gen nào nên được biểu hiện và những gen nào không nên. Ngoài ra, methyl hóa adenin có thể đánh dấu các vị trí sửa chữa cho DNA bị hư hỏng.

Nhiều protein liên kết với DNA, chẳng hạn như các yếu tố phiên mã, có dư lượng axit amin glutamine và asparagin tạo thành liên kết hydro với nguyên tử N ⁷ của adenin.

Chức năng chuyển hóa năng lượng

Adenine là một phần của ATP, là một phân tử năng lượng cao; có nghĩa là, quá trình thủy phân của nó là cực đại, và năng lượng tự do Gibbs là một giá trị âm và cao (-7,0 Kcal / mol). Trong tế bào, ATP tham gia vào nhiều phản ứng đòi hỏi năng lượng, chẳng hạn như:

- Thúc đẩy các phản ứng hóa học endergonic được xúc tác bởi các enzym tham gia vào quá trình chuyển hóa trung gian và trong quá trình đồng hóa, thông qua việc hình thành các chất trung gian năng lượng cao hoặc các phản ứng ghép đôi.

- Thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp protein trong ribosome, bằng cách cho phép ester hóa các axit amin với RNA chuyển tương ứng (tRNA) của chúng, để tạo thành aminoacyl-tRNA.

- Thúc đẩy sự di chuyển của các chất hóa học qua màng tế bào. Có bốn loại protein mang: P, F, V và ABC. Loại P, F và V mang ion và loại ABC mang chất nền. Ví dụ, Na ⁺ / K ⁺ ATPase , lớp P, cần một ATP để bơm hai K ⁺ vào tế bào và ba Na ^{+ ra ngoài} .

- Tăng cường co cơ. Cung cấp năng lượng hướng sợi actin lướt qua myosin.

- Thúc đẩy vận chuyển hạt nhân. Khi tiểu đơn vị beta của thụ thể dị phân tử liên kết với ATP, nó tương tác với các thành phần của phức hợp lỗ nhân.

Cac chưc năng khac

Adenosine đóng vai trò là phối tử cho các protein thụ thể có trong tế bào thần kinh và tế bào của biểu mô ruột, nơi nó hoạt động như một chất truyền tin ngoại bào hoặc điều hòa thần kinh, khi những thay đổi xảy ra trong chuyển hóa năng lượng tế bào.

Adenine có trong các chất kháng vi-rút mạnh như arabinosiladenine (araA), được tạo ra bởi một số vi sinh vật. Hơn nữa, nó có trong puromycin, một loại kháng sinh ức chế sinh tổng hợp protein và được sản xuất bởi vi sinh vật thuộc giống Streptomyces.

Trong AMP, nó đóng vai trò là chất nền cho các phản ứng tạo ra AMP tuần hoàn thông tin thứ hai (cAMP). Hợp chất này, được tạo ra bởi enzyme adenylate cyclase, rất cần thiết trong hầu hết các chuỗi tín hiệu nội bào, cần thiết cho sự tăng sinh và tồn tại của tế bào, cũng như quá trình viêm và chết tế bào.

Sunfat ở trạng thái tự do không phản ứng. Khi nó xâm nhập vào tế bào, nó sẽ trở thành adenosine-5'-phosphosulfate (APS), và sau đó là 3'-phosphoadenosine-5'-phosphosulfate (PAPS). Ở động vật có vú, PAPS là nhà cung cấp các nhóm sulfat và tạo thành các este sulfat hữu cơ như của heparin và chondroitin.

Trong quá trình sinh tổng hợp cysteine, S-adenosylmethionine (SAM) đóng vai trò là tiền chất để tổng hợp S-adenosylhomocysteine, được biến đổi theo một số bước, được xúc tác bởi các enzym, thành cysteine.

Tổng hợp prebiotic

Bằng thực nghiệm, người ta đã chứng minh rằng việc giữ kín hydro xyanua (HCN) và amoniac (NH ₃ ), trong các điều kiện phòng thí nghiệm tương tự như các điều kiện phổ biến ở Trái đất sơ khai, adenine được tạo ra trong hỗn hợp thu được. Điều này xảy ra mà không cần bất kỳ tế bào sống hoặc vật liệu tế bào nào hiện diện.

Các điều kiện tiền sinh học bao gồm sự thiếu vắng oxy phân tử tự do, bầu không khí có tính khử cao, bức xạ cực tím cường độ cao, các vòng cung điện lớn như những vòng cung được tạo ra trong các cơn bão và nhiệt độ cao. Điều này giả định rằng adenine là cơ sở nitơ chính và phong phú nhất được hình thành trong quá trình hóa học tiền sinh học.

Do đó, việc tổng hợp adenin sẽ tạo thành một bước quan trọng giúp tạo nên nguồn gốc của những tế bào đầu tiên. Chúng phải có một lớp màng tạo thành một ngăn kín, bên trong đó sẽ tìm thấy các phân tử cần thiết để tạo ra các polyme sinh học đầu tiên cần thiết cho quá trình tự tồn tại.

Sử dụng như một yếu tố điều trị và nuôi cấy tế bào

Adenine, cùng với các hợp chất hóa học vô cơ và hữu cơ khác, là một thành phần thiết yếu trong công thức được sử dụng trong tất cả các phòng thí nghiệm hóa sinh, di truyền, sinh học phân tử và vi sinh trên thế giới, để phát triển các tế bào có thể tồn tại theo thời gian.

Điều này là do các giống tế bào bình thường hoang dã có thể phát hiện và bắt giữ adenine có sẵn từ môi trường xung quanh và sử dụng nó để tổng hợp nucleoside adenine của riêng chúng.

Đây là một hình thức tồn tại của tế bào, giúp tiết kiệm nội lực bằng cách tổng hợp các phân tử sinh học phức tạp hơn từ các tiền chất đơn giản lấy từ bên ngoài.

Trong các mô hình thí nghiệm về bệnh thận mãn tính, chuột bị đột biến gen adenine phosphoribosyltransferase tạo ra một loại enzyme không hoạt động. Những con chuột này được tiêm các dung dịch thương mại có chứa adenine, sodium citrate và glucose, qua đường tĩnh mạch, để thúc đẩy quá trình hồi phục nhanh chóng.

Phương pháp điều trị này dựa trên thực tế là PRPP, chất chuyển hóa ban đầu để sinh tổng hợp purin, được tổng hợp từ ribose-5-phosphate thông qua con đường pentose phosphate, mà chất chuyển hóa ban đầu là glucose-6-phosphate. Tuy nhiên, nhiều giải pháp trong số này không được các cơ quan quản lý quốc tế chấp thuận để sử dụng cho con người.

Người giới thiệu

1. Burnstock, G. 2014. Purines và Purinoceptors. Tổng quan Sinh học phân tử. Tài liệu tham khảo Mô-đun trong Khoa học Y sinh. Địa chỉ Word Wide Web: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.04741-3
2. Claramount, D. và cộng sự. 2015. Mô hình động vật về bệnh chronical ở trẻ em. Thận học, 35 (6): 517-22.
3. Coade, S. và Pearson, J. 1989. Sự chuyển hóa của nucleotide adenin. Nghiên cứu lưu thông, 65: 531-37
4. Dawson, R. và cộng sự. 1986. Dữ liệu cho Nghiên cứu Hóa sinh. Nhà xuất bản Clarendon, Oxford.
5. Ngân hàng thô. 2019. Tờ Adenine Chemichal. Địa chỉ Word Wide Web: https://www.drugbank.ca/drugs/DB00173
6. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. và Rawn, D. 2008. Nguyên tắc Hóa sinh. Phiên bản thứ 4. Giáo dục Pearson.
7. Knight, G. 2009. Các thụ thể Purinergic. Encyclopedia of Neuroscience. 1245-52. Địa chỉ Word Wide Web: https://doi.org/10.1016/B978-008045046-9.00693-8
8. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Hóa sinh. Phiên bản thứ 3.
9. Murgola, E. 2003. Adenine. Encyclopedia of Genetics. Địa chỉ Word Wide Web: https://doi.org/10.1006/rwgn.2001.0008
10. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. và Rodwell, V. 2003. Hóa sinh minh họa của Harper. Phiên bản ^thứ 26 . Công ty McGraw-Hill.
11. Nelson, DL & Cox, M. 1994. Lehninger. Nguyên lý Hóa sinh. Phiên bản thứ 4. Ed Omega.
12. Sigma-Aldrich. 2019. Tờ hóa chất Adenine. Địa chỉ Word Wide Web: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/ga8626?lang=vi