Guanina: egenskaper, struktur, opplæring og funksjoner

Guanin er en nitrogenbasert base anvendt for biosyntese av guanylat-5'-monofosfat og deoksyguanilat-5'-monofosfat. Begge stoffene er henholdsvis RNA og DNA, som lagrer cellens genetiske informasjon.

Ribonukleinsyren (RNA) og deoksyribonukleinsyren (DNA) dannes av nukleotider, som utgjøres av en nitrogenbasert forbindelse bundet til en sukker- og en fosfatgruppe.

I tillegg til å være en del av nukleinsyrer, deltar guanin i sine former for nukleosidmonofosfat, difosfat og trifosfater (GMP, BNP og GTP) i prosesser som energi metabolisme, intracellulær signaloversettelse, fotoreceptors fysiologi og fusjon av vesikler.

Kjemisk struktur

Den kjemiske strukturen av guanin (2-amino-6-hydroksypurin) er en heterocyklisk purinring, som består av et system med to sammenhenger: en ring er pyrimidin og den andre ringen er imidazol.

Den heterocykliske ringen av guanin er flat og med noen konjugerte dobbeltbindinger. I tillegg har den to tautomere former, keto og enol danner mellom C-1- og N-6-gruppene.

funksjoner

Egenskapene til guanina er følgende:

- Guanin er en apolar substans. Det er uoppløselig i vann, men det er løselig i konsentrerte løsninger av sterke syrer eller baser.

- Det kan isoleres som et hvitt fast stoff med empirisk formel C5H5N5O og molekylvekt 151, 3 g / mol.

- Egenskapen til å absorbere lys ved 260 nm av DNA skyldes delvis den kjemiske strukturen av guanin.

- I DNA danner guanin tre hydrogenbindinger. Karbonylgruppen C-6 er en hydrogenbindingsacceptor, N-1-gruppen og aminogruppen i C-2 er hydrogenbindingsdonorer.

Av denne grunn krever det mer energi for å koble sammen en guanin og et cytosin, enn det for en adenin med et tymin, siden dette siste paret er forbundet med bare to hydrogenbindinger.

- I cellen er det alltid en del av nukleinsyrene eller som GMP, BNP og GTP, aldri i fri form.

biosyntesen

Guaninmolekylet, som andre puriner, syntetiseres de novo fra 5-fosforibosyl-1-pyrofosfat (PRPP), gjennom reaksjoner katalysert av enzymer.

Det første trinnet er tilsetning av en aminogruppe, fra glutamin, til PRPP og 5-fosforibosylamin (PRA) dannes.

Deretter skjer i en ordnet sekvens tilsetning av glycin, aspartat, glutamin, formiat og karbondioksid til PRA. På denne måten dannes en mellomliggende metabolitt som kalles inosin-5'-monofosfat (IMP).

Under denne prosessen blir den frie energi av hydrolysen av ATP (adenosin 5'-trifosfat) brukt, som produserer ADP (adenosin 5'-difosfat) og Pi (uorganisk fosfat).

En oksidasjon av IMP avhenger av NAD + (nikotinamid-dinukleotid og adenin), det produserer xantin-5'-monofosfat (XMP). Den påfølgende tilsetning av en aminogruppe til XMP produserer guanylatmolekylet.

Reguleringen av guanilatbiosyntese utføres i begynnelsen, når PRA dannes, og til slutt når oksidasjonen av IMP oppstår. Regulering skjer gjennom negativ tilbakemelding: et GMP nukleotid hemmer enzymer i begge stadier.

Under den metabolske nedbrytningen av nukleotidene blir de nitrogenbaserte basene resirkulert. GMP dannes av enzymet hypoxantin-guanin fosforibosyltransferase, overføring av en fosribosylgruppe fra PRPP til guanin.

funksjon

Fordi guanin ikke finnes i sin frie form, er dens funksjoner knyttet til GMP, BNP og GTP. Her er noen av dem:

- Guanosin 5'-trifosfat (GTP) fungerer som et reservoar av fri energi. Gamma fosfatgruppen av GTP kan overføres til adenosin-5'-trifosfat (ADP), for å danne ATP. Denne reaksjonen er reversibel og katalyseres av nukleosiddifosfatkinasen.

- GMP er den mest stabile formen av nukleotidet som inneholder guanin. Ved hydrolyse danner GMP syklisk GMP (cGMP), som er en andre messenger under intracellulær signalering, i oversettelsesveiene. For eksempel i fotoreceptor og kjemoreceptor celler av lukt.

- cGMP deltar i avslapning av blodkar av glatt muskel, under biosyntese av nitrogenoksid i endotelceller.

- Hydrolysen av GTP-gamma fosfat tjener som kilde til fri energi for proteinbiosyntese i ribosomer.

- Enzymer helikasene trenger den frie energien til GTP hydrolyse for å separere DNA-dobbelt helix, under DNA-replikasjon og transkripsjon.

- I hippokampale nevroner reguleres virkningen av spenningsavhengige natriumkanaler ved hydrolyse av GTP til BNP.

Relaterte sykdommer

De høye nivåene av urinsyre i blod og urin har vært forbundet med tre forskjellige metabolske feil, som vi vil se nedenfor.

Lesch-Nyhan syndrom

Det er preget av mangelen på HPRT (hypoxantin-guanin fosforibosyltransferase), et viktig enzym for resirkulering av hypoksantin og guanin. I dette tilfellet øker PRPP-nivået og danner ikke IMP og GMP, to viktige regulatorer av den første fasen av purinsyntese. Alt dette favoriserer de novo biosyntese av puriner.

Aktiviteten av PRPP syntase økte

Dette gir en økning i PRPP nivåer. Denne metabolitten virker som en aktivator av glutamin PRPP-amidotransferasen, som er ansvarlig for syntesen av 5-fosforibosylamin, og øker de novo- biosyntesen av puriner.

Von Gierke syndrom

Det er en sykdom knyttet til lagring av type I glykogen. Pasienter med dette syndromet har en defekt glukose 6-fosfatase. Dette gir en økning i nivåene av glukose 6-fosfat, som tjener til syntese av ribose-5-fosfat, via pentosefosfat.

Ribose 5-fosfat er startmetabolitten for biosyntese av PRPP. I likhet med de to tidligere tilfellene, fører dette til en økning i de novo biosyntese av purinene.

Økningen i urinsyre i blod og urin forårsaker symptomer som er kjent som gikt. I tilfelle av Lesch Nyhan syndrom mangler pasientene fullstendig aktiviteten til HPRP-enzymet, noe som fører til manifestasjon av andre symptomer som inkluderer lammelse og mental retardasjon.

HPRP-genet er plassert på X-kromosomet. Derfor påvirker mutasjoner i dette genet menn. Det er ingen behandling for å behandle nevrologiske problemer. Symptomer knyttet til økt urinsyre blir behandlet med allopurinol.