Guanina: savybės, struktūra, mokymai ir funkcijos
Guaninas yra azotas, naudojamas guanilato 5'-monofosfato ir deoksiguanilato 5'-monofosfato biosintezei. Abi medžiagos yra atitinkamai RNR ir DNR dalis, kurios saugo genetinę ląstelių informaciją.
Ribonukleino rūgštį (RNR) ir deoksiribonukleino rūgštį (DNR) sudaro nukleotidai, kuriuos sudaro azoto bazė, susieta su cukrumi ir fosfato grupe.
Be to, kad ji yra dalis nukleorūgščių, guaninas, jo nukleozidų monofosfatas, difosfatas ir trifosfatai (GMP, BVP ir GTP), dalyvauja tokiuose procesuose kaip energijos metabolizmas, intraceliulinis signalų transliavimas, fotoreceptorių fiziologija. ir pūslelių suliejimas.
Cheminė struktūra
Cheminė guanino struktūra (2-amino-6-hidroksipurinas) yra heterociklinis purino žiedas, susidedantis iš dviejų sujungtų žiedų sistemos: vienas žiedas yra pirimidinas ir kitas žiedas yra imidazolas.
Heterociklinis guanino žiedas yra lygus ir su kai kuriomis konjuguotomis dvigubomis jungtimis. Be to, jame yra dvi tautomerinės formos - keto ir enolio formos, tarp C-1 ir N-6 grupių.
Savybės
Guaninos savybės yra šios:
- guaninas yra apolinė medžiaga. Jis netirpsta vandenyje, bet tirpsta koncentruotuose stiprių rūgščių arba bazių tirpaluose.
- Jis gali būti izoliuotas kaip balta kieta medžiaga, turinti empirinę formulę C5H5N5O ir molekulinę masę 151, 3 g / mol.
- Dėl 260 nm DNR šviesos sugerties savybės iš dalies lemia cheminė guanino struktūra.
- DNR atveju guaninas sudaro tris vandenilio jungtis. Karbonilo grupė C-6 yra vandenilio ryšio akceptorius, N-1 grupė ir C-2 amino grupė yra vandenilio ryšio donorai.
Dėl šios priežasties reikia daugiau energijos, norint nutraukti ryšį tarp guanino ir citozino, nei adenino su timinu, nes pastarąją porą sieja tik dvi vandenilio jungtys.
- Ląstelėje jis visada yra nukleino rūgščių arba GMP, BVP ir GTP dalis, niekada jo laisvos formos.
Biosintezė
Guanino molekulė, kaip ir kiti purinai, sintezuojama de novo iš 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP), per reakcijas, katalizuojamas fermentų.
Pirmasis žingsnis yra amino grupės pridėjimas nuo glutamino iki PRPP ir susidaro 5-fosforibosilaminas (PRA).
Vėliau, tvarkingai sekant, į PRA pridedama glicino, aspartato, glutamino, formiato ir anglies dioksido. Tokiu būdu susidaro tarpinis metabolitas, vadinamas inozino 5'-monofosfatu (IMP).
Šio proceso metu naudojama laisva ATP (adenozino 5'-trifosfato) hidrolizės energija, gaminanti ADP (adenozino 5'-difosfatą) ir Pi (neorganinis fosfatas).
IMP oksidacija priklauso nuo NAD + (nikotinamido dinukleotido ir adenino), gamina ksantino 5'-monofosfatą (XMP). Vėlesnis amino grupės pridėjimas prie XMP gamina guanilato molekulę.
Ganilato biosintezės reguliavimas atliekamas pradžioje, kai formuojasi PRA, ir pabaigoje, kai įvyksta IMP oksidacija. Reguliavimas vyksta per neigiamą grįžtamąjį ryšį: GMP nukleotidas abiejuose etapuose slopina fermentus.
Nukleotidų metabolinio skilimo metu azoto bazės yra perdirbamos. GMP susidaro fermento hipoksantino-guanino fosforiboziltransferazė, perkeliant fosribozilo grupę iš PRPP į guaniną.
Funkcija
Kadangi guaninas nėra laisvos formos, jo funkcijos yra susijusios su GMP, BVP ir GTP. Štai keletas iš jų:
- Ganozino 5'-trifosfatas (GTP) veikia kaip laisvos energijos rezervuaras. GTP gama fosfato grupė gali būti pernešta į adenozino 5'-trifosfatą (ADP), kad susidarytų ATP. Ši reakcija yra grįžtama ir ją katalizuoja nukleozidų difosfato kinazė.
- GMP yra stabiliausia forma, turinti guaniną. Hidrolizės būdu GMP sudaro ciklinę GMP (cGMP), kuris yra antrasis pasiuntinys per intracelulinį signalizavimą, transliacijos keliuose. Pavyzdžiui, kvapo fotoreceptorių ir chemoreceptorių ląstelėse.
- cGMP dalyvauja lygiųjų raumenų kraujagyslių atsipalaidavimo metu, kai endotelinių ląstelių biosintezė vyksta.
- GTP gama fosfato hidrolizė yra laisvos energijos šaltinis baltymų biosintezei ribosomose.
- Helikazės fermentams reikia laisvos GTP hidrolizės energijos atskiriant dvigubą DNR spiralę DNR replikacijos ir transkripcijos metu.
- Hipokampo neuronuose įtampos priklausomų natrio kanalų veikimą reguliuoja GTP hidrolizė į BVP.
Susijusios ligos
Didelis šlapimo rūgšties kiekis kraujyje ir šlapime buvo susijęs su trimis skirtingais medžiagų apykaitos defektais, kuriuos matysime toliau.
Lesch-Nyhan sindromas
Jai būdingas HPRT (hipoksantino-guanino fosforibosil-transferazės), kuris yra svarbus fermentas hipoksantino ir guanino perdirbimui, trūkumas. Šiuo atveju jis didina PRPP lygį ir nesudaro IMP ir GMP, du svarbūs pradinio purino sintezės etapo reguliatoriai. Visa tai skatina de novo bakterijų sintezę.
PRPP sintezės aktyvumas padidėjo
Tai padidina PRPP lygį. Šis metabolitas veikia kaip glutamino PRPP-amidotransferazės, kuri yra atsakinga už 5-fosforibozilamino sintezę, aktyvatorius, didinant purino de novo biosintezę.
Von Gierke sindromas
Tai liga, susijusi su I tipo glikogeno saugojimu, o šio sindromo pacientams yra gliukozės 6-fosfatazė. Tai padidina gliukozės 6-fosfato koncentraciją, kuri naudojama ribozės 5-fosfato sintezei per pentozės fosfatą.
Ribozės 5-fosfatas yra pradinis metabolitas PRPP biosintezei. Panašiai kaip ir dviem ankstesniais atvejais, tai padidina purinų de novo biosintezę.
Šlapimo rūgšties padidėjimas kraujyje ir šlapime sukelia simptomus, kurie paprastai vadinami podagra. Lesch Nyhan sindromo atveju pacientams visiškai trūksta HPRP fermento aktyvumo, dėl kurio atsiranda kitų simptomų, tarp kurių yra paralyžius ir protinis atsilikimas.
HPRP genas yra X chromosomoje, todėl mutacijos šiame genelyje veikia vyrus. Nėra gydymo neurologinių problemų gydymui. Simptomai, susiję su padidėjusiu šlapimo rūgšties kiekiu, gydomi alopurinoliu.
