Adenina: estrutura, biossíntese, funções - Ciência - 2023

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Adenina: estrutura, biossíntese, funções - Ciência
Adenina: estrutura, biossíntese, funções - Ciência

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o adenina É uma base nitrogenada do tipo purina, encontrada nos ácidos ribonucléico (RNA) e desoxirribonucléico (DNA) de organismos vivos e vírus. Algumas das funções desses biopolímeros (RNA e DNA) são o armazenamento, replicação, recombinação e transferência de informação genética.

Para formar ácidos nucléicos, primeiro o átomo de nitrogênio 9 da adenina forma uma ligação glicosídica com o carbono principal 1 (C1 ′) da ribose (do RNA) ou 2'-desoxirribose (do DNA). Desta forma, a adenina forma o nucleosídeo adenosina ou adenosina.

Em segundo lugar, o grupo hidroxila (-OH) no carbono 5 'do açúcar (ribose ou 2'-desoxirribose), da adenosina, forma uma ligação éster com um grupo fosfato.

Nas células vivas, dependendo do número de grupos fosfato presentes, pode ser adenosina-5′-monofosfato (AMP), adenosina-5′-difosfato (ADP) e adenosina-5′-trifosfato (ATP). Também existem equivalentes possuindo 2'-desoxirribose. Por exemplo, desoxiadenosina-5′-monofosfato (dAMP), etc.


Estrutura e características

A adenina, chamada 6-aminopurina, tem a fórmula empírica C5H5N5, e tem peso molecular de 135,13 g / mol, sendo purificado como um sólido amarelo claro, com ponto de ebulição de 360 ​​° C.

Sua molécula tem estrutura química de anel duplo com ligações duplas conjugadas, que é a fusão de uma pirimidina com um grupo imidazol. Por causa disso, a adenina é uma molécula heterocíclica plana.

Possui solubilidade relativa de 0,10 g / mL (a 25 ºC), em soluções aquosas ácidas e básicas, com pKa de 4,15 (a 25 ºC).

Por esse mesmo motivo, é capaz de ser detectado por absorbância a 263 nm (com coeficiente de absorção E1,2 mM = 13,2 M-1.cm-1 em 1,0 M HCl), área do espectro eletromagnético correspondente ao ultravioleta próximo.

Biossíntese

A biossíntese de nucleotídeos de purina é idêntica em praticamente todos os seres vivos. Começa com a transferência de um grupo amino da glutamina para o substrato 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP) e produz 5-fosforibosilamina (PRA).


Esta é uma reação catalisada pela glutamina-PRPP transferase, uma enzima chave na regulação desta via metabólica.

Após adições sequenciais dos aminoácidos glutamina, glicina, metenil-folato, aspartato, N10-formil-folato a PRA, incluindo condensações e fechamento de anel, produz-se inosina-5'-monofosfato (IMP), cuja unidade heterocíclica é a hipoxantina (6-oxipurina).

Essas adições são impulsionadas pela hidrólise de ATP em ADP e fosfato inorgânico (Pi). Posteriormente, um grupo amino do aspartato é adicionado ao PIM, em uma reação acoplada à hidrólise do trifosfato de guanosina (GTP), para finalmente gerar o AMP.

Este último exerce o controle dessa via biossintética por feedback negativo, agindo sobre as enzimas que catalisam a formação de PRA e a modificação de IMP.

Tal como acontece com a quebra de outros nucleotídeos, a base nitrogenada dos nucleotídeos de adenosina passa por um processo denominado "reciclagem".


A reciclagem consiste na transferência de um grupo fosfato do PRPP para a adenina e forma AMP e pirofosfato (PPi). É uma única etapa catalisada pela enzima adenina fosforibosiltransferase.

Funções no metabolismo oxidativo e redutor

A adenina faz parte de várias moléculas importantes no metabolismo oxidativo, que são as seguintes:

  1. Dinucleotídeo flavina adenina (FAD / FADH2) e dinucleotídeo de nicotinamida adenina (NAD+/ NADH), que participam das reações de redução de oxidação transferindo íons hidreto (: H–).
  2. Coenzima A (CoA), que participa da ativação e transferência de grupos acila.

Durante o metabolismo oxidativo, NAD+ ele funciona como um substrato aceitador de elétrons (íons hidreto) e forma o NADH. Enquanto FAD é um cofator que aceita elétrons e se torna FADH2.

Por outro lado, a adenina forma nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP+/ NADPH), que está envolvido na redução do metabolismo. Por exemplo, o NADPH é um substrato doador de elétrons durante a biossíntese de lipídeos e desoxirribonucleotídeos.

A adenina faz parte das vitaminas. Por exemplo, a niacina é o precursor do NAD+ e NADP+ e a riboflavina é o precursor do FAD.

Funções na expressão gênica

A adenina é parte da S-adenosilmetionina (SAM), que é um doador de radical metil (-CH3) e participa da metilação de resíduos de adenina e citosina em procariotos e eucariotos.

Em procariotos, a metilação fornece seu próprio sistema de reconhecimento de DNA, protegendo assim o DNA de suas próprias enzimas restritivas.

Em eucariotos, a metilação determina a expressão dos genes; isto é, estabelece quais genes devem ser expressos e quais não devem. Além disso, a metilação de adenina pode marcar locais de reparo para DNA danificado.

Muitas proteínas que se ligam ao DNA, como os fatores de transcrição, têm resíduos de aminoácidos glutamina e asparagina que formam ligações de hidrogênio com o átomo N.7 de adenina.

Funções no metabolismo energético

A adenina é parte do ATP, que é uma molécula de alta energia; ou seja, sua hidrólise é exergônica, e a energia livre de Gibbs é um valor alto e negativo (-7,0 Kcal / mol). Nas células, o ATP participa de muitas reações que requerem energia, como:

- Promover reações químicas endergônicas catalisadas por enzimas que participam do metabolismo intermediário e do anabolismo, por meio da formação de intermediários de alta energia ou reações acopladas.

- Aumentar a biossíntese de proteínas em ribossomos, permitindo a esterificação de aminoácidos com seu RNA de transferência correspondente (tRNA), para formar aminoacil-tRNA.

- Aumentar o movimento de substâncias químicas através das membranas celulares. Existem quatro tipos de proteínas transportadoras: P, F, V e ABC. Os tipos P, F e V carregam íons e o tipo ABC carrega substratos. Por exemplo, Na ATPase+/ K+, da classe P, precisa de um ATP para bombear dois K para a célula+ e fora três Na+.

- Aumente a contração muscular. Ele fornece a energia que direciona o deslizamento dos filamentos de actina sobre a miosina.

- Promover o transporte nuclear. Quando a subunidade beta do receptor heterodimérico se liga ao ATP, ela interage com componentes do complexo de poros nucleares.

Outras funções

A adenosina atua como ligante para proteínas receptoras presentes em neurônios e células do epitélio intestinal, onde atua como mensageiro extracelular ou neuromodulador, quando ocorrem alterações no metabolismo energético celular.

A adenina está presente em poderosos agentes antivirais, como arabinosiladenina (araA), que é produzida por alguns microrganismos. Além disso, está presente na puromicina, antibiótico que inibe a biossíntese de proteínas e é produzida por microrganismos do gênero. Streptomyces.

No AMP, serve como substrato para reações que geram o segundo mensageiro AMP cíclico (cAMP). Este composto, produzido pela enzima adenilato ciclase, é essencial em muitas das cascatas de sinalização intracelular, necessárias para a proliferação e sobrevivência celular, bem como inflamação e morte celular.

O sulfato em seu estado livre não é reativo. Assim que entra na célula, é convertido em adenosina-5'-fosfosulfato (APS) e, subsequentemente, em 3'-fosfoadenosina-5'-fosfosulfato (PAPS). Em mamíferos, o PAPS é o doador de grupos sulfato e forma ésteres de sulfato orgânico, como os da heparina e da condroitina.

Na biossíntese de cisteína, a S-adenosilmetionina (SAM) serve como um precursor para a síntese de S-adenosil-homocisteína, que é transformada por várias etapas, catalisada por enzimas, em cisteína.

Síntese Prebiótica

Experimentalmente, foi demonstrado que a manutenção de cianeto de hidrogênio (HCN) e amônia (NH3), em condições de laboratório semelhantes às que prevaleciam na Terra primitiva, a adenina é produzida na mistura resultante. Isso ocorre sem a necessidade de qualquer célula viva ou material celular estar presente.

As condições pré-bióticas incluem a ausência de oxigênio molecular livre, uma atmosfera altamente redutora, radiação ultravioleta intensa, grandes arcos elétricos como os gerados em tempestades e altas temperaturas. Isso pressupõe que a adenina foi a principal e mais abundante base de nitrogênio formada durante a química pré-biótica.

Assim, a síntese da adenina constituiria uma etapa fundamental que possibilitaria a origem das primeiras células. Estes deveriam ter uma membrana que formasse um compartimento fechado, dentro do qual seriam encontradas as moléculas necessárias para construir os primeiros polímeros biológicos necessários para a autoperpetuação.

Uso como fator terapêutico e de cultura celular

A adenina é, junto com outros compostos químicos orgânicos e inorgânicos, um ingrediente essencial na receita usada em todos os laboratórios de bioquímica, genética, biologia molecular e microbiologia do mundo, para cultivar células viáveis ​​ao longo do tempo.

Isso ocorre porque as variedades de células normais selvagens podem detectar e capturar a adenina disponível no ambiente circundante e usá-la para sintetizar seus próprios nucleosídeos de adenina.

Essa é uma forma de sobrevivência celular, que economiza recursos internos ao sintetizar moléculas biológicas mais complexas a partir de precursores simples retirados de fora.

Em modelos experimentais de doença renal crônica, os camundongos apresentam uma mutação no gene da adenina fosforibosiltransferase que produz uma enzima inativa. Esses ratos são administrados com soluções comerciais contendo adenina, citrato de sódio e glicose, por via intravenosa, para promover uma recuperação rápida.

Esse tratamento é baseado no fato de que o PRPP, metabólito inicial da biossíntese das purinas, é sintetizado a partir da ribose-5-fosfato pela via da pentose fosfato, cujo metabólito inicial é a glicose-6-fosfato. No entanto, muitas dessas soluções não são aprovadas por órgãos reguladores internacionais para uso humano.

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