الأدينين: الهيكل ، التخليق الحيوي ، الوظائف - مادة الاحياء

و الأدنين هو nucleobase نوع البيورين وجدت في الأحماض النووي الريبي (RNA)، والنووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) للكائنات الحية والفيروسات. بعض وظائف هذه البوليمرات الحيوية (RNA و DNA) هي تخزين المعلومات الجينية وتكرارها وإعادة تركيبها ونقلها.

لتكوين الأحماض النووية ، تشكل أولاً ذرة النيتروجين 9 من الأدينين رابطة جليكوسيدية مع الكربون الأساسي 1 (C1 ′) من الريبوز (من الحمض النووي الريبي) أو 2'-deoxyribose (من DNA). بهذه الطريقة ، يشكل الأدينين نوكليوزيد الأدينوزين أو الأدينوزين.

المصدر: Pepemonbu

ثانيًا ، تشكل مجموعة الهيدروكسيل (-OH) الموجودة على 5 كربون من السكر (الريبوز أو 2′-deoxyribose) ، من الأدينوزين ، رابطة استر مع مجموعة الفوسفات.

في الخلايا الحية ، اعتمادًا على عدد مجموعات الفوسفات الموجودة ، يمكن أن تكون الأدينوزين-5′-أحادي الفوسفات (AMP) والأدينوزين-5′-ثنائي الفوسفات (ADP) والأدينوزين-5′-ثلاثي الفوسفات (ATP). توجد أيضًا معادلات تمتلك 2-deoxyribose. على سبيل المثال ، deoxyadenosine-5′-monophosphate (dAMP) ، إلخ.

الهيكل والخصائص

Adenine ، المسمى 6-aminopurine ، له الصيغة التجريبية C ₅ H ₅ N ₅ ، وله وزن جزيئي 135.13 جم / مول ، يتم تنقيته على شكل مادة صلبة صفراء شاحبة ، مع درجة غليان 360 درجة مئوية.

يحتوي جزيءه على هيكل كيميائي مزدوج الحلقة مع روابط مزدوجة مترافقة ، وهو اندماج بيريميدين مع مجموعة إيميدازول. وبسبب هذا ، فإن الأدينين هو جزيء حلقية غير متجانسة مسطح.

له ذوبان نسبي قدره 0.10 جم / مل (عند 25 درجة مئوية) ، في المحاليل المائية الحمضية والقاعدية ، مع pKa 4.15 (عند 25 درجة مئوية).

لهذا السبب نفسه ، يمكن اكتشافه عن طريق الامتصاص عند 263 نانومتر (مع معامل امتصاص E ^{1.2 ملي مول} = 13.2 م ^-1. سم ^-1 في 1.0 م حمض الهيدروكلوريك) ، وهي منطقة من الطيف الكهرومغناطيسي المقابلة للأشعة فوق البنفسجية القريبة.

التخليق الحيوي

يتطابق التخليق الحيوي لنيوكليوتيدات البيورين في جميع الكائنات الحية تقريبًا. يبدأ بنقل مجموعة أمينية من الجلوتامين إلى الركيزة 5-فوسفوريبوسيل-1-بيروفوسفات (PRPP) ، وينتج 5-فوسفوريبوزيل أمين (PRA).

هذا تفاعل محفز بواسطة الجلوتامين- PRPP ترانسفيراز ، وهو إنزيم رئيسي في تنظيم هذا المسار الأيضي.

بعد الإضافات المتسلسلة للأحماض الأمينية ، الجلوتامين ، الجلايسين ، ميثينيل الفولات ، الأسبارتات ، N ¹⁰ -formyl-folate إلى PRA ، والتي تشمل التكثيف وإغلاق الحلقة ، يتم إنتاج inosine-5′-monophosphate (IMP) ، الذي تكون وحدته الحلقية غير المتجانسة هيبوكسانتين (6-أوكسي بورين).

يتم دفع هذه الإضافات بواسطة التحلل المائي لـ ATP إلى ADP والفوسفات غير العضوي (Pi). بعد ذلك ، تمت إضافة مجموعة أمينية من الأسبارتات إلى IMP ، في تفاعل مقترن بالتحلل المائي لغوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP) ، لتوليد AMP أخيرًا.

يمارس الأخير السيطرة على مسار التخليق الحيوي هذا من خلال ردود الفعل السلبية ، والعمل على الإنزيمات التي تحفز تكوين PRA وتعديل IMP.

كما هو الحال مع تحلل النيوكليوتيدات الأخرى ، تخضع القاعدة النيتروجينية لنيوكليوتيدات الأدينوزين لعملية تسمى "إعادة التدوير".

تتكون إعادة التدوير من نقل مجموعة الفوسفات من PRPP إلى الأدينين ، وتشكيل AMP والبيروفوسفات (PPi). إنها خطوة واحدة يتم تحفيزها بواسطة إنزيم adenine phosphoribosyltransferase.

الأدوار في التمثيل الغذائي التأكسدي والاختزال

يعد الأدينين جزءًا من عدة جزيئات مهمة في التمثيل الغذائي التأكسدي ، وهي كالتالي:

فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD / FADH ₂) ونيوكليوتيد الأدينين نيكوتيناميد (NAD ⁺ / NADH) ، اللذان يشاركان في تفاعلات تقليل الأكسدة عن طريق نقل أيونات الهيدريد (: H ^-).
الإنزيم المساعد A (CoA) ، الذي يشارك في تنشيط مجموعات الأسيل ونقلها.

أثناء الأيض التأكسدي ، يعمل NAD ⁺ كركيزة متقبل للإلكترون (أيونات الهيدريد) ويشكل NADH. في حين أن FAD هو عامل مساعد يقبل الإلكترونات ويصبح FADH ₂.

من ناحية أخرى ، يشكل الأدينين فوسفات النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NADP ⁺ / NADPH) ، والذي يشارك في التمثيل الغذائي الاختزالي. على سبيل المثال ، NADPH عبارة عن ركيزة مانحة للإلكترون أثناء التخليق الحيوي للدهون والنيوكليوتيدات.

الأدينين جزء من الفيتامينات. على سبيل المثال ، النياسين هو مقدمة لـ NAD ⁺ و NADP ⁺ والريبوفلافين هو مقدمة لـ FAD.

وظائف في التعبير الجيني

Adenine هو جزء من S-adenosylmethionine (SAM) ، وهو مانح جذري للميثيل (-CH ₃) ويشارك في مثيلة بقايا الأدينين والسيتوزين في بدائيات النوى وحقيقيات النوى.

في بدائيات النوى ، يوفر الميثيل نظام التعرف على الحمض النووي الخاص به ، وبالتالي حماية الحمض النووي من الإنزيمات المقيدة الخاصة به.

في حقيقيات النوى ، تحدد المثيلة تعبير الجينات ؛ أي أنه يحدد الجينات التي يجب التعبير عنها وأيها لا ينبغي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لمثيلات الأدينين تحديد مواقع إصلاح الحمض النووي التالف.

تحتوي العديد من البروتينات التي ترتبط بالحمض النووي ، مثل عوامل النسخ ، على بقايا الأحماض الأمينية الجلوتامين والأسباراجين التي تشكل روابط هيدروجينية مع ذرة N ⁷ من الأدينين.

وظائف في استقلاب الطاقة

الأدينين هو جزء من ATP ، وهو جزيء عالي الطاقة ؛ أي ، تحللها المائي هو طاقة ، وطاقة جيبس الحرة هي قيمة عالية وسالبة (-7.0 كيلو كالوري / مول). في الخلايا ، يشارك ATP في العديد من التفاعلات التي تتطلب طاقة ، مثل:

- تعزيز التفاعلات الكيميائية التي يتم تحفيزها بواسطة الإنزيمات التي تشارك في التمثيل الغذائي الوسيط وفي التمثيل الغذائي ، من خلال تكوين مواد وسيطة عالية الطاقة أو تفاعلات مقترنة.

- تعزيز التخليق الحيوي للبروتين في الريبوسومات ، عن طريق السماح لأسترة الأحماض الأمينية مع الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي النقال) المقابل لها ، لتشكيل aminoacyl-tRNA.

- تعزيز حركة المواد الكيميائية من خلال أغشية الخلايا. هناك أربعة أنواع من البروتينات الحاملة: P و F و V و ABC. تحمل الأنواع P و F و V أيونات بينما يحمل النوع ABC ركائز. على سبيل المثال ، تحتاج قاعدة Na ⁺ / K ⁺ ATPase ، الفئة P ، إلى ATP لضخ اثنين K ⁺ في الخلية وثلاثة Na ^{+ خارج}.

- زيادة تقلص العضلات. يوفر الطاقة التي توجه انزلاق خيوط الأكتين فوق الميوسين.

- تعزيز النقل النووي. عندما ترتبط الوحدة الفرعية بيتا للمستقبلات غير المتجانسة بـ ATP ، فإنها تتفاعل مع مكونات مجمع المسام النووي.

وظائف أخرى

يعمل الأدينوزين بمثابة رابط لبروتينات المستقبلات الموجودة في الخلايا العصبية وخلايا الظهارة المعوية ، حيث يعمل كرسول خارج الخلية أو مُعدِّل عصبي ، عندما تحدث تغيرات في استقلاب الطاقة الخلوية.

الأدينين موجود في عوامل قوية مضادة للفيروسات مثل أرابينو سيلادنين (araA) ، الذي تنتجه بعض الكائنات الحية الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، فهو موجود في بوروميسين ، وهو مضاد حيوي يثبط التخليق الحيوي للبروتين ويتم إنتاجه بواسطة كائنات دقيقة من جنس Streptomyces.

في AMP ، يعمل كركيزة للتفاعلات التي تولد الرسول الدوري الثاني AMP (cAMP). هذا المركب ، الذي ينتجه إنزيم adenylate cyclase ، ضروري في معظم سلاسل الإشارات داخل الخلايا ، الضرورية لتكاثر الخلايا وبقائها ، وكذلك الالتهاب وموت الخلايا.

الكبريتات في حالتها الحرة ليست تفاعلية. بمجرد دخولها الخلية ، يتم تحويلها إلى أدينوزين-5'-فوسفوسلفات (APS) ، وبعد ذلك إلى 3'-فوسفودينوسين-5'-فوسفوسلفات (PAPS). في الثدييات ، PAPS هو المانح لمجموعات الكبريتات ويشكل استرات الكبريتات العضوية مثل تلك الموجودة في الهيبارين وشوندروتن.

في التخليق الحيوي للسيستين ، يعمل S-adenosylmethionine (SAM) كمقدمة لتخليق S-adenosylhomocysteine ، والذي يتحول بعدة خطوات ، محفزة بواسطة الإنزيمات ، إلى السيستين.

توليف بريبيوتيك

من الناحية التجريبية ، تم إثبات أن الاحتفاظ بسيانيد الهيدروجين (HCN) والأمونيا (NH ₃) مغلقين ، في ظل ظروف معملية مماثلة لتلك التي كانت سائدة في بداية الأرض ، يتم إنتاج الأدينين في الخليط الناتج. يحدث هذا دون الحاجة إلى وجود أي خلية حية أو مادة خلوية.

تشمل ظروف البريبايوتيك عدم وجود الأكسجين الجزيئي الحر ، والجو شديد الاختزال ، والأشعة فوق البنفسجية الشديدة ، والأقواس الكهربائية الكبيرة مثل تلك المتولدة في العواصف ، ودرجات الحرارة المرتفعة. هذا يفترض أن الأدينين كان قاعدة النيتروجين الرئيسية والأكثر وفرة التي تشكلت خلال كيمياء البريبايوتك.

وبالتالي ، فإن توليف الأدينين سيشكل خطوة أساسية من شأنها أن تجعل أصل الخلايا الأولى ممكنًا. يجب أن يكون لها غشاء يشكل مقصورة مغلقة ، حيث توجد الجزيئات المطلوبة لبناء أول بوليمرات بيولوجية ضرورية للبقاء الذاتي.

استخدم كعامل علاجي وزراعة الخلايا

يعد الأدينين ، إلى جانب المركبات الكيميائية العضوية وغير العضوية الأخرى ، مكونًا أساسيًا في الوصفة المستخدمة في جميع مختبرات الكيمياء الحيوية ، وعلم الوراثة ، والبيولوجيا الجزيئية ، وعلم الأحياء الدقيقة في العالم ، وذلك لتنمية الخلايا التي تكون قابلة للحياة بمرور الوقت.

وذلك لأن أنواع الخلايا الطبيعية البرية يمكنها اكتشاف والتقاط الأدينين المتاح من البيئة المحيطة واستخدامه لتخليق نيوكليوسيدات الأدينين الخاصة بهم.

هذا شكل من أشكال بقاء الخلية ، والذي يوفر الموارد الداخلية عن طريق توليف جزيئات بيولوجية أكثر تعقيدًا من سلائف بسيطة مأخوذة من الخارج.

في النماذج التجريبية لأمراض الكلى المزمنة ، يوجد لدى الفئران طفرة في جين أدينين فسفوريبوزيل ترانسفيراز الذي ينتج إنزيمًا غير نشط. تُعطى هذه الفئران محاليل تجارية تحتوي على الأدينين ، وسيترات الصوديوم ، والجلوكوز ، عن طريق الوريد ، لتعزيز الشفاء السريع.

يعتمد هذا العلاج على حقيقة أن PRPP ، المستقلب الأولي للتخليق الحيوي للبيورين ، يتم تصنيعه من ريبوز -5-فوسفات من خلال مسار فوسفات البنتوز ، والذي يكون مستقلبه الأولي هو الجلوكوز -6-فوسفات. ومع ذلك ، لم تتم الموافقة على العديد من هذه الحلول من قبل الهيئات التنظيمية الدولية للاستخدام البشري.

المراجع

بيرنستوك ، ج. 2014. البيورينات ومستقبلات Purinoceptors. نظرة عامة على البيولوجيا الجزيئية. وحدات المراجع في العلوم الطبية الحيوية. عنوان Word Wide Web:
كلاراماونت ، د. وآخرون. 2015. نماذج حيوانية لأمراض الأطفال المزمنة. أمراض الكلى ، 35 (6): 517-22.
Coade، S. and Pearson، J. 1989. التمثيل الغذائي للنيوكليوتيدات الأدينين. بحوث الدورة الدموية ، 65: 531-37
داوسون ، آر وآخرون. 1986. بيانات لبحوث الكيمياء الحيوية. مطبعة كلارندون ، أكسفورد.
DrougBank. 2019. ورقة عدنين الكيميائية. عنوان Word Wide Web:
هورتون ، ر. موران ، لام ؛ Scrimgeour ، G ؛ بيري ، إم وراون ، د. 2008. مبادئ الكيمياء الحيوية. 4th الطبعة. تعليم بيرسون.
نايت ، جي 2009. مستقبلات Purinergic. موسوعة علم الأعصاب. 1245-52. عنوان Word Wide Web:
ماثيوز ، فان هولدي ، أهيرن. 2001. الكيمياء الحيوية. 3 الطبعة.
مورغولا ، إي 2003. عدنين. موسوعة علم الوراثة. عنوان Word Wide Web:
موراي ، ر ؛ جرانر ، د. Mayes، P. and Rodwell، V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. 26 ^تشرين الطبعة. شركات ماكجرو هيل.
نيلسون ، DL & كوكس ، م. 1994. Lehninger. مبادئ الكيمياء الحيوية. 4th الطبعة. إد أوميجا.
سيجما الدريتش. 2019. ورقة عدنين الكيميائية. عنوان Word Wide Web:

الأدينين: الهيكل ، التخليق الحيوي ، الوظائف - مادة الاحياء - 2024