ADENIN: STRUKTUR, BIOSINTESIS, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The adenin adalah nucleobase jenis purin ditemukan dalam asam ribonukleat (RNA) dan deoksiribonukleat (DNA) dari organisme hidup dan virus. Beberapa fungsi dari biopolimer (RNA dan DNA) ini adalah penyimpanan, replikasi, rekombinasi dan transfer informasi genetik.

Untuk menyusun asam nukleat, pertama-tama atom nitrogen 9 dari adenin membentuk ikatan glikosidik dengan karbon utama 1 (C1 ′) dari ribosa (dari RNA) atau 2'-deoksiribosa (dari DNA). Dengan cara ini, adenin membentuk nukleosida adenosin atau adenosin.

Sumber: Pepemonbu

Kedua, gugus hidroksil (-OH) pada karbon 5 'gula (ribosa atau 2'-deoksiribosa), dari adenosin, membentuk ikatan ester dengan gugus fosfat.

Dalam sel hidup, tergantung pada jumlah gugus fosfat yang ada, dapat berupa adenosine-5′-monophosphate (AMP), adenosine-5′-diphosphate (ADP) dan adenosine-5′-triphosphate (ATP). Setara yang memiliki 2′-deoksiribosa juga ada. Misalnya, deoxyadenosine-5′-monophosphate (dAMP), dll.

Struktur dan karakteristik

Adenin, disebut 6-aminopurin, memiliki rumus empiris C ₅ H ₅ N ₅ , dan memiliki berat molekul 135,13 g / mol, dimurnikan sebagai padatan kuning pucat, dengan titik didih 360ºC.

Molekulnya memiliki struktur kimia cincin ganda dengan ikatan rangkap terkonjugasi, yang merupakan fusi pirimidin dengan gugus imidazol. Karena itu, adenin adalah molekul heterosiklik datar.

Ini memiliki kelarutan relatif 0,10 g / mL (pada 25 ºC), dalam larutan asam dan basa, dengan pKa 4,15 (pada 25 ºC).

Untuk alasan yang sama, ia mampu dideteksi oleh absorbansi pada 263 nm (dengan koefisien absorpsi E ^{1,2 mM} = 13,2 M ^-1 .cm ^-1 dalam 1,0 M HCl), suatu area spektrum elektromagnetik sesuai dengan ultraviolet dekat.

Biosintesis

Biosintesis nukleotida purin identik pada hampir semua makhluk hidup. Ini dimulai dengan transfer gugus amino dari glutamin ke substrat 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP), dan menghasilkan 5-phosphoribosylamine (PRA).

Ini adalah reaksi yang dikatalisis oleh glutamin-PRPP transferase, enzim kunci dalam regulasi jalur metabolisme ini.

Setelah penambahan asam amino glutamin, glisin, metenil-folat, aspartat, N ¹⁰ -formil-folat secara berurutan ke PRA, yang meliputi kondensasi dan penutupan cincin, inosin-5′-monofosfat (IMP) diproduksi, yang unit heterosikliknya adalah hipoksantin (6-oxypurine).

Penambahan ini didorong oleh hidrolisis ATP menjadi ADP dan fosfat anorganik (Pi). Selanjutnya, gugus amino dari aspartat ditambahkan ke IMP, dalam reaksi yang digabungkan dengan hidrolisis guanosin-trifosfat (GTP), untuk akhirnya menghasilkan AMP.

Latihan terakhir mengontrol jalur biosintetik ini melalui umpan balik negatif, bekerja pada enzim yang mengkatalisis pembentukan PRA dan modifikasi IMP.

Seperti pemecahan nukleotida lainnya, basa nitrogen dari nukleotida adenosin mengalami proses yang disebut "daur ulang".

Daur ulang terdiri dari transfer gugus fosfat dari PRPP ke adenin, dan membentuk AMP dan pirofosfat (PPi). Ini adalah langkah tunggal yang dikatalisis oleh enzim adenin fosforibosiltransferase.

Peran dalam metabolisme oksidatif dan reduktif

Adenin merupakan bagian dari beberapa molekul penting dalam metabolisme oksidatif, yaitu sebagai berikut:

1. Flavin adenine dinucleotide (FAD / FADH ₂ ) dan nicotinamide adenine dinucleotide (NAD ⁺ / NADH), yang berpartisipasi dalam reaksi oksidasi-reduksi dengan mentransfer ion hidrida (: H ^- ).
2. Koenzim A (CoA), yang berpartisipasi dalam aktivasi dan transfer gugus asil.

Selama metabolisme oksidatif, NAD ⁺ berfungsi sebagai substrat akseptor elektron (ion hidrida) dan membentuk NADH. Sedangkan FAD merupakan kofaktor yang menerima elektron dan menjadi FADH ₂ .

Di sisi lain, adenin membentuk nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP ⁺ / NADPH), yang berpartisipasi dalam metabolisme reduktif. Misalnya, NADPH adalah substrat donor elektron selama biosintesis lipid dan deoksiribonukleotida.

Adenin adalah bagian dari vitamin. Misalnya, niacin adalah prekursor NAD ⁺ dan NADP ⁺ dan riboflavin adalah prekursor FAD.

Fungsi dalam ekspresi gen

Adenin adalah bagian dari S-adenosylmethionine (SAM), yang merupakan donor radikal metil (-CH ₃ ) dan berpartisipasi dalam metilasi residu adenin dan sitosin pada prokariota dan eukariota.

Pada prokariota, metilasi menyediakan sistem pengenalan DNA sendiri, sehingga melindungi DNA dari enzim restriktifnya sendiri.

Pada eukariota, metilasi menentukan ekspresi gen; yaitu, ia menetapkan gen mana yang harus diekspresikan dan mana yang tidak boleh. Selain itu, metilasi adenin dapat menandai situs perbaikan untuk DNA yang rusak.

Banyak protein yang mengikat DNA, seperti faktor transkripsi, memiliki residu asam amino glutamin dan asparagin yang membentuk ikatan hidrogen dengan atom N ⁷ adenin.

Fungsi dalam metabolisme energi

Adenin adalah bagian dari ATP, yang merupakan molekul berenergi tinggi; artinya, hidrolisasinya adalah eksergonik, dan energi bebas Gibbs bernilai tinggi dan negatif (-7,0 Kkal / mol). Di dalam sel, ATP berpartisipasi dalam banyak reaksi yang membutuhkan energi, seperti:

- Mempromosikan reaksi kimia endergonik yang dikatalisasi oleh enzim yang berpartisipasi dalam metabolisme antara dan anabolisme, melalui pembentukan reaksi antara atau gabungan energi tinggi.

- Mempromosikan biosintesis protein dalam ribosom, dengan memungkinkan esterifikasi asam amino dengan RNA transfer (tRNA) yang sesuai, untuk membentuk aminoasil-tRNA.

- Mempromosikan pergerakan zat kimia melalui membran sel. Ada empat jenis protein pembawa: P, F, V, dan ABC. Tipe P, F, dan V membawa ion dan tipe ABC membawa substrat. Misalnya, Na ⁺ / K ⁺ ATPase , kelas P, membutuhkan ATP untuk memompa dua K ⁺ ke dalam sel dan tiga Na ^{+ keluar} .

- Meningkatkan kontraksi otot. Memberikan energi yang mengarahkan filamen aktin meluncur di atas miosin.

- Mempromosikan transportasi nuklir. Ketika subunit beta dari reseptor heterodimeric berikatan dengan ATP, ia berinteraksi dengan komponen kompleks pori inti.

Fungsi lainnya

Adenosine berfungsi sebagai ligan untuk protein reseptor yang ada di neuron dan sel epitel usus, di mana ia bertindak sebagai pembawa pesan ekstraseluler atau neuromodulator, ketika terjadi perubahan dalam metabolisme energi seluler.

Adenin hadir dalam agen antivirus yang kuat seperti arabinosiladenine (araA), yang diproduksi oleh beberapa mikroorganisme. Selain itu, ada dalam puromisin, antibiotik yang menghambat biosintesis protein dan diproduksi oleh mikroorganisme dari genus Streptomyces.

Di AMP ini berfungsi sebagai substrat untuk reaksi yang menghasilkan messenger cyclic AMP (cAMP) kedua. Senyawa ini, yang diproduksi oleh enzim adenylate cyclase, sangat penting di sebagian besar kaskade pensinyalan intraseluler, yang diperlukan untuk proliferasi dan kelangsungan hidup sel, serta peradangan dan kematian sel.

Sulfat dalam keadaan bebasnya tidak reaktif. Setelah memasuki sel, ia menjadi adenosine-5'-phosphosulfate (APS), dan selanjutnya 3'-phosphoadenosine-5'-phosphosulfate (PAPS). Pada mamalia, PAPS adalah donor kelompok sulfat dan membentuk ester sulfat organik seperti heparin dan kondroitin.

Dalam biosintesis sistein, S-adenosylmethionine (SAM) berfungsi sebagai prekursor untuk sintesis S-adenosylhomocysteine, yang diubah dengan beberapa langkah, dikatalisis oleh enzim, menjadi sistein.

Sintesis prebiotik

Secara eksperimental, telah ditunjukkan bahwa dengan menjaga tertutupnya hidrogen sianida (HCN) dan amonia (NH ₃ ), dalam kondisi laboratorium yang serupa dengan yang berlaku di Bumi awal, adenin diproduksi dalam campuran yang dihasilkan. Hal ini terjadi tanpa perlu adanya sel hidup atau materi seluler.

Kondisi prebiotik termasuk tidak adanya oksigen molekuler bebas, atmosfer yang sangat berkurang, radiasi ultraviolet yang intens, busur listrik besar seperti yang dihasilkan dalam badai, dan suhu tinggi. Ini mengasumsikan bahwa adenin adalah basa nitrogen utama dan paling melimpah yang terbentuk selama kimia prebiotik.

Dengan demikian, sintesis adenin merupakan langkah kunci yang memungkinkan terbentuknya sel pertama. Ini harus memiliki membran yang membentuk kompartemen tertutup, di dalamnya molekul yang diperlukan untuk membangun polimer biologis pertama yang diperlukan untuk kelangsungan diri akan ditemukan.

Gunakan sebagai faktor terapeutik dan kultur sel

Adenin, bersama dengan senyawa kimia organik dan anorganik lainnya, merupakan bahan penting dalam resep yang digunakan di semua laboratorium biokimia, genetika, biologi molekuler, dan mikrobiologi di dunia, untuk menumbuhkan sel yang dapat bertahan dari waktu ke waktu.

Ini karena varietas sel normal liar dapat mendeteksi dan menangkap adenin yang tersedia dari lingkungan sekitar dan menggunakannya untuk mensintesis nukleosida adenin mereka sendiri.

Ini adalah bentuk kelangsungan hidup sel, yang menghemat sumber daya internal dengan mensintesis molekul biologis yang lebih kompleks dari prekursor sederhana yang diambil dari luar.

Dalam model eksperimental penyakit ginjal kronis, tikus mengalami mutasi pada gen adenine phosphoribosyltransferase yang menghasilkan enzim tidak aktif. Tikus ini diberikan larutan komersial yang mengandung adenin, natrium sitrat, dan glukosa, secara intravena, untuk mempercepat pemulihan.

Perawatan ini didasarkan pada fakta bahwa PRPP, metabolit awal untuk biosintesis purin, disintesis dari ribosa-5-fosfat melalui jalur pentosa fosfat, yang metabolit awalnya adalah glukosa-6-fosfat. Namun, banyak dari solusi ini yang tidak disetujui oleh badan pengatur internasional untuk digunakan oleh manusia.

Referensi

1. Burnstock, G. 2014. Purin dan Purinoceptors. Tinjauan Biologi Molekuler. Referensi Modul dalam Ilmu Biomedis. Alamat Word Wide Web: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.04741-3
2. Claramount, D. dkk. 2015. Model hewan penyakit kronis pediatrik. Nefrologi, 35 (6): 517-22.
3. Coade, S. dan Pearson, J. 1989. Metabolisme nukleotida adenin. Penelitian Sirkulasi, 65: 531-37
4. Dawson, R. et al. 1986. Data untuk Penelitian Biokimia. Clarendon Press, Oxford.
5. DrougBank. 2019. Lembar Adenine Chemichal. Alamat Word Wide Web: https://www.drugbank.ca/drugs/DB00173
6. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. dan Rawn, D. 2008. Prinsip Biokimia. Edisi ke-4. Pendidikan Pearson.
7. Knight, G. 2009. Reseptor Purinergik. Ensiklopedia Ilmu Saraf. 1245-52. Alamat Word Wide Web: https://doi.org/10.1016/B978-008045046-9.00693-8
8. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biokimia. Edisi ke-3.
9. Murgola, E. 2003. Adenine. Ensiklopedia Genetika. Alamat Word Wide Web: https://doi.org/10.1006/rwgn.2001.0008
10. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. Dan Rodwell, V. 2003. Ilustrasi Biokimia Harper. 26 ^th Edition. Perusahaan McGraw-Hill.
11. Nelson, DL & Cox, M. 1994. Lehninger. Prinsip Biokimia. Edisi ke-4. Ed Omega.
12. Sigma-Aldrich. 2019. Lembar Kimia Adenin. Alamat Word Wide Web: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/ga8626?lang=en