Гуанина: характеристики, структура, обучение и функции
Гуанинът е азотна основа, използвана за биосинтеза на гуанилат 5'-монофосфат и дезоксигуанилат 5'-монофосфат. И двете вещества са съответно част от РНК и ДНК, които съхраняват генетичната информация на клетките.
Рибонуклеиновата киселина (РНК) и дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) са образувани от нуклеотиди, които са съставени от азотна основа, свързана със захар и фосфатна група.
Освен че е част от нуклеинови киселини, гуанинът, в неговите форми на нуклеозиден монофосфат, дифосфат и трифосфати (GMP, GDP и GTP), участва в процеси като енергиен метаболизъм, вътреклетъчен сигнален превод, физиология на фоторецепторите. и сливане на везикули.
Химическа структура
Химичната структура на гуанин (2-амино-6-хидроксипурин) е хетероцикличен пуринов пръстен, който се състои от система от два свързани пръстена: един пръстен е пиримидин, а другият пръстен е имидазол.
Хетероцикличният пръстен на гуанина е плосък и с някои конюгирани двойни връзки. Освен това, тя има две тавтомерни форми, кето и енол форми, между С-1 и N-6 групите.
функции
Характеристиките на гуанината са следните:
- Гуанинът е неполярно вещество. Той е неразтворим във вода, но е разтворим в концентрирани разтвори на силни киселини или основи.
- Може да се изолира като бяло твърдо вещество, с емпирична формула C5H5N5O и молекулно тегло 151, 3 g / mol.
- Свойството на абсорбираща светлина при 260 nm на ДНК се дължи отчасти на химическата структура на гуанина.
- В ДНК гуанинът образува три водородни връзки. Карбонилната група С-6 е акцептор на водородна връзка, N-1 групата и аминогрупата на С-2 са донори на водородна връзка.
Поради тази причина е необходима повече енергия, за да се прекъсне връзката между гуанин и цитозин, отколкото на аденин с тимин, тъй като последната двойка е свързана само с две водородни връзки.
- В клетката, тя винаги е част от нуклеиновите киселини или като GMP, GDP и GTP, никога в свободна форма.
биосинтеза
Гуаниновата молекула, подобно на други пурини, се синтезира de novo от 5-фосфорибозил-1-пирофосфат (PRPP), чрез реакции, катализирани от ензими.
Първата стъпка е добавянето на аминогрупа, от глутамин, до PRPP и 5-фосфорибозиламин (PRA).
Впоследствие, в подредена последователност, се добавя глицин, аспартат, глутамин, формиат и въглероден диоксид към PRA. По този начин се образува междинен метаболит, наречен инозин 5'-монофосфат (IMP).
По време на този процес се използва свободната енергия на хидролизата на АТФ (аденозин 5'-трифосфат), която произвежда АДФ (аденозин 5'-дифосфат) и Pi (неорганичен фосфат).
Окислението на IMP зависи от NAD + (никотинамид динуклеотид и аденин), произвежда се ксантин 5'-монофосфат (XMP). Последващото добавяне на амино група към XMP произвежда гуанилатната молекула.
Регулирането на биосинтеза на гуанилат се извършва в началото, когато се образува PRA, и в края, когато настъпва окисляването на IMP. Регулирането се осъществява чрез отрицателна обратна връзка: нуклеотидът GMP инхибира ензимите в двата етапа.
По време на метаболитното разграждане на нуклеотидите азотните основи се рециклират. GMP се образува от ензима хипоксантин-гуанин фосфорибозилтрансфераза, прехвърлящ фосрибозилова група от PRPP в гуанин.
функция
Тъй като гуанинът не се намира в свободната му форма, неговите функции са свързани с GMP, GDP и GTP. Ето някои от тях:
- Гуанозин 5'-трифосфат (GTP) действа като резервоар на свободна енергия. Гама-фосфатната група на GTP може да бъде прехвърлена към аденозин 5'-трифосфат (ADP), за да се образува АТР. Тази реакция е обратима и се катализира от нуклеозид дифосфат киназа.
- GMP е най-стабилната форма на нуклеотида, която съдържа гуанин. Чрез хидролиза GMP образува цикличен GMP (cGMP), който е втори посланик по време на вътреклетъчното сигнализиране, в транслационните пътища. Например, в фоторецепторните и хеморецепторните миризли клетки.
- cGMP участва в релаксацията на кръвоносните съдове на гладката мускулатура по време на биосинтеза на азотен оксид в ендотелните клетки.
- Хидролизата на GTP гама фосфат служи като източник на свободна енергия за биосинтеза на протеини в рибозоми.
- Ензимните хеликази се нуждаят от свободната енергия на GTP хидролиза за отделяне на двойната спирала на ДНК по време на репликацията и транскрипцията на ДНК.
- При хипокампалните неврони действието на зависимите от напрежениета натриеви канали се регулира чрез хидролиза на GTP към БВП.
Свързани заболявания
Високите нива на пикочна киселина в кръвта и урината са свързани с три различни метаболитни дефекта, които ще видим по-долу.
Синдром на Леш-Нихан
Характеризира се с дефицит на HPRT (хипоксантин-гуанин фосфорибозилтрансфераза), важен ензим за рециклиране на хипоксантин и гуанин. В този случай тя увеличава нивата на PRPP и не образува IMP и GMP, два важни регулатора на началния етап на синтеза на пурин. Всичко това благоприятства de novo биосинтеза на пурини.
Активността на PRPP синтазата се увеличава
Това води до увеличаване нивата на PRPP. Този метаболит действа като активатор на глутаминовия PRPP-амидотрансфераза, който е отговорен за синтеза на 5-фосфорибозиламин, увеличавайки de novo биосинтеза на пурини.
Синдром на Von Gierke
Това е заболяване, свързано със съхранението на гликоген тип I. Пациентите с този синдром имат дефектна глюкоза 6-фосфатаза. Това води до повишаване на нивата на глюкоза 6-фосфат, който служи за синтез на рибоза 5-фосфат, чрез пентоза фосфат.
Рибоза 5-фосфат е изходният метаболит за биосинтеза на PRPP. Подобно на двата предишни случая, това води до увеличаване на de novo биосинтезата на пурините.
Увеличаването на пикочната киселина в кръвта и урината причинява симптоми, които обикновено са известни като подагра. В случай на синдром на Lesch Nyhan, пациентите напълно нямат активността на ензима HPRP, което води до проявление на други симптоми, които включват парализа и умствена изостаналост.
Генът на HPRP се намира на Х хромозомата, поради което мутациите в този ген засягат мъже. Няма лечение за лечение на неврологични проблеми. Симптомите, свързани с повишена пикочна киселина, се лекуват с алопуринол.
