ADENINA: STRUTTURA, BIOSINTESI, FUNZIONI - BIOLOGIA - 2024

L' adenina è un tipo di purina nucleobase presente negli acidi ribonucleici (RNA) e desossiribonucleico (DNA) di organismi viventi e virus. Alcune delle funzioni di questi biopolimeri (RNA e DNA) sono la conservazione, la replicazione, la ricombinazione e il trasferimento delle informazioni genetiche.

Per costituire gli acidi nucleici, prima l'atomo di azoto 9 dell'adenina forma un legame glicosidico con il primo carbonio 1 (C1 ') di ribosio (di RNA) o 2'-desossiribosio (di DNA). In questo modo, l'adenina forma l'adenosina o l'adenosina nucleosidici.

Fonte: Pepemonbu

In secondo luogo, il gruppo idrossile (-OH) sul carbonio 5 ′ dello zucchero (ribosio o 2′-desossiribosio), dell'adenosina, forma un legame estere con un gruppo fosfato.

Nelle cellule viventi, a seconda del numero di gruppi fosfato presenti, può essere adenosina-5′-monofosfato (AMP), adenosina-5′-difosfato (ADP) e adenosina-5′-trifosfato (ATP). Esistono anche equivalenti che possiedono 2′-desossiribosio. Ad esempio, deossiadenosina-5′-monofosfato (dAMP), ecc.

Struttura e caratteristiche

L'adenina, chiamata 6-aminopurina, ha la formula empirica C ₅ H ₅ N ₅ e ha un peso molecolare di 135,13 g / mol, essendo purificata come un solido giallo pallido, con un punto di ebollizione di 360 ° C.

La sua molecola ha una struttura chimica a doppio anello con doppi legami coniugati, che è la fusione di una pirimidina con un gruppo imidazolico. Per questo motivo, l'adenina è una molecola eterociclica piatta.

Ha una solubilità relativa di 0,10 g / mL (a 25 ºC), in soluzioni acquose acide e basiche, con un pKa di 4,15 (a 25 ºC).

Per questo stesso motivo è in grado di essere rilevato per assorbanza a 263 nm (con un coefficiente di assorbimento di E ^{1,2 mM} = 13,2 M ^-1 .cm ^-1 in 1,0 M HCl), un'area dello spettro elettromagnetico corrispondente al quasi ultravioletto.

biosintesi

La biosintesi dei nucleotidi delle purine è identica praticamente in tutti gli esseri viventi. Inizia con il trasferimento di un gruppo amminico dalla glutammina al substrato 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP) e produce 5-fosforibosilammina (PRA).

Questa è una reazione catalizzata dalla glutammina-PRPP transferasi, un enzima chiave nella regolazione di questa via metabolica.

Dopo aggiunte sequenziali degli amminoacidi glutammina, glicina, metenil-folato, aspartato, N ¹⁰ -formil-folato al PRA, che includono condense e chiusura dell'anello, viene prodotta inosina-5′-monofosfato (IMP), la cui unità eterociclica è ipoxantina (6-ossipurina).

Queste aggiunte sono guidate dall'idrolisi di ATP in ADP e fosfato inorganico (Pi). Successivamente, un gruppo amminico dell'aspartato viene aggiunto all'IMP, in una reazione accoppiata con l'idrolisi del guanosina-trifosfato (GTP), per generare finalmente AMP.

Quest'ultimo esercita il controllo di questa via biosintetica tramite feedback negativo, agendo sugli enzimi che catalizzano la formazione del PRA e la modifica dell'IMP.

Come per la scomposizione di altri nucleotidi, la base azotata dei nucleotidi di adenosina subisce un processo chiamato "riciclaggio".

Il riciclaggio consiste nel trasferimento di un gruppo fosfato dal PRPP all'adenina e forma AMP e pirofosfato (PPi). È un singolo passaggio catalizzato dall'enzima adenina fosforibosiltransferasi.

Ruoli nel metabolismo ossidativo e riduttivo

L'adenina fa parte di diverse molecole importanti nel metabolismo ossidativo, che sono le seguenti:

1. Flavina adenina dinucleotide (FAD / FADH ₂ ) e nicotinamide adenina dinucleotide (NAD ⁺ / NADH), che partecipano alle reazioni di riduzione dell'ossidazione trasferendo ioni idruro (: H ^- ).
2. Coenzima A (CoA), che partecipa all'attivazione e al trasferimento di gruppi acilici.

Durante il metabolismo ossidativo, NAD ⁺ funziona come un substrato accettore di elettroni (ioni idruro) e forma NADH. Mentre FAD è un cofattore che accetta elettroni e diventa FADH ₂ .

D'altra parte, l'adenina forma nicotinamide adenina dinucleotide fosfato (NADP ⁺ / NADPH), che partecipa al metabolismo riduttivo. Ad esempio, NADPH è un substrato donatore di elettroni durante la biosintesi di lipidi e desossiribonucleotidi.

L'adenina fa parte delle vitamine. Ad esempio, la niacina è il precursore di NAD ⁺ e NADP ⁺ e la riboflavina è il precursore di FAD.

Funzioni nell'espressione genica

L'adenina fa parte della S-adenosilmetionina (SAM), che è un donatore di radicali metilici (-CH ₃ ) e partecipa alla metilazione dei residui di adenina e citosina nei procarioti e negli eucarioti.

Nei procarioti, la metilazione fornisce il proprio sistema di riconoscimento del DNA, proteggendo così il DNA dai propri enzimi restrittivi.

Negli eucarioti, la metilazione determina l'espressione dei geni; cioè, stabilisce quali geni dovrebbero essere espressi e quali no. Inoltre, le metilazione dell'adenina possono contrassegnare i siti di riparazione per il DNA danneggiato.

Molte proteine ​​che si legano al DNA, come i fattori di trascrizione, hanno residui amminoacidici glutammina e asparagina che formano legami idrogeno con l'atomo N ⁷ di adenina.

Funzioni nel metabolismo energetico

L'adenina fa parte dell'ATP, che è una molecola ad alta energia; cioè la sua idrolisi è esergonica e l'energia libera di Gibbs è un valore alto e negativo (-7,0 Kcal / mol). Nelle cellule, l'ATP partecipa a molte reazioni che richiedono energia, come:

- Promuove reazioni chimiche endergoniche catalizzate da enzimi che partecipano al metabolismo intermedio e all'anabolismo, attraverso la formazione di intermedi ad alta energia o reazioni accoppiate.

- Promuove la biosintesi delle proteine ​​nei ribosomi, consentendo l'esterificazione degli amminoacidi con il loro corrispondente RNA di trasferimento (tRNA), per formare aminoacil-tRNA.

- Promuove il movimento di sostanze chimiche attraverso le membrane cellulari. Esistono quattro tipi di proteine ​​di trasporto: P, F, V e ABC. I tipi P, F e V trasportano ioni e il tipo ABC trasporta substrati. Ad esempio, la Na ⁺ / K ⁺ ATPasi , classe P, necessita di un ATP per pompare due K ⁺ nella cellula e tre Na ^{+ fuori} .

- Aumenta la contrazione muscolare. Fornisce l'energia che fa scorrere il filamento di actina sulla miosina.

- Promuovere il trasporto nucleare. Quando la subunità beta del recettore eterodimerico si lega all'ATP, interagisce con i componenti del complesso dei pori nucleari.

Altre funzioni

L'adenosina funge da ligando per le proteine ​​recettoriali presenti nei neuroni e nelle cellule dell'epitelio intestinale, dove agisce come un messaggero extracellulare o neuromodulatore, quando si verificano cambiamenti nel metabolismo energetico cellulare.

L'adenina è presente in potenti agenti antivirali come l'arabinosiladenina (araA), prodotta da alcuni microrganismi. Inoltre, è presente nella puromicina, un antibiotico che inibisce la biosintesi delle proteine ​​ed è prodotto da microrganismi del genere Streptomyces.

In AMP funge da substrato per le reazioni che generano il secondo AMP ciclico messaggero (cAMP). Questo composto, prodotto dall'enzima adenilato ciclasi, è essenziale nella maggior parte delle cascate di segnalazione intracellulare, necessarie per la proliferazione e la sopravvivenza cellulare, nonché per l'infiammazione e la morte cellulare.

Il solfato allo stato libero non è reattivo. Una volta entrato nella cellula, viene convertito in adenosina-5'-fosfosolfato (APS) e successivamente in 3'-fosfoadenosina-5'-fosfosolfato (PAPS). Nei mammiferi, il PAPS è il donatore di gruppi solfato e forma esteri solfati organici come quelli di eparina e condroitina.

Nella biosintesi della cisteina, la S-adenosilmetionina (SAM) funge da precursore per la sintesi della S-adenosilomocisteina, che viene trasformata in cisteina mediante diversi passaggi, catalizzata dagli enzimi.

Sintesi prebiotica

Sperimentalmente, è stato dimostrato che mantenendo l'acido cianidrico (HCN) e l'ammoniaca (NH ₃ ) chiusi , in condizioni di laboratorio simili a quelle che prevalevano sulla Terra primordiale, l'adenina viene prodotta nella miscela risultante. Ciò si verifica senza la necessità della presenza di alcuna cellula vivente o materiale cellulare.

Le condizioni prebiotiche includono l'assenza di ossigeno molecolare libero, un'atmosfera altamente riducente, intense radiazioni ultraviolette, grandi archi elettrici come quelli generati nei temporali e alte temperature. Ciò presuppone che l'adenina fosse la principale e più abbondante base di azoto formata durante la chimica prebiotica.

Pertanto, la sintesi dell'adenina costituirebbe un passaggio chiave che renderebbe possibile l'origine delle prime cellule. Questi dovevano avere una membrana che formasse un compartimento chiuso, all'interno del quale si sarebbero trovate le molecole necessarie per costruire i primi polimeri biologici necessari all'autoperpetuazione.

Utilizzare come fattore terapeutico e di coltura cellulare

L'adenina è, insieme ad altri composti chimici organici e inorganici, un ingrediente essenziale nella ricetta utilizzata in tutti i laboratori di biochimica, genetica, biologia molecolare e microbiologia del mondo, per far crescere cellule vitali nel tempo.

Questo perché varietà di cellule normali selvatiche possono rilevare e catturare l'adenina disponibile dall'ambiente circostante e usarla per sintetizzare i propri nucleosidi di adenina.

Questa è una forma di sopravvivenza cellulare, che consente di risparmiare risorse interne sintetizzando molecole biologiche più complesse da semplici precursori presi dall'esterno.

In modelli sperimentali di malattia renale cronica, i topi hanno una mutazione nel gene dell'adenina fosforibosiltransferasi che produce un enzima inattivo. A questi topi vengono somministrate soluzioni commerciali contenenti adenina, citrato di sodio e glucosio, per via endovenosa, per promuovere un rapido recupero.

Questo trattamento si basa sul fatto che il PRPP, il metabolita iniziale per la biosintesi delle purine, viene sintetizzato dal ribosio-5-fosfato attraverso la via del pentoso fosfato, il cui metabolita di partenza è il glucosio-6-fosfato. Tuttavia, molte di queste soluzioni non sono approvate dagli organismi internazionali di regolamentazione per l'uso umano.

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