Cykliczny GMP , guanozynomonofosforanu znany również cykliczny monofosforan guanozyny i guanozyny 3”, 5'-monofosforanu oznacza nukleotyd udział w wielu procesach komórkowych cykliczne, szczególnie te związane sygnalizacyjnych i komunikacji międzykomórkowej.
Po raz pierwszy została opisana ponad 40 lat temu, krótko po odkryciu jej analogowego, cyklicznego AMP, różniącego się od niej zasadą azotową, gdyż nie jest nukleotydem guaniny, ale adeniny.
Struktura chemiczna cyklicznego monofosforanu guanozyny lub GMP (źródło: en: User: Diberri via Wikimedia Commons)
Podobnie jak inne cykliczne nukleotydy, takie jak wspomniany cykliczny AMP lub cykliczny CTP (cykliczny monofosforan cytydyny), struktura cyklicznego GMP decyduje o jego właściwościach chemicznych i aktywności biologicznej, a ponadto czyni go bardziej stabilnym niż jego odpowiednik.
Ten nukleotyd jest wytwarzany przez enzym znany jako cyklaza guanylowa i jest zdolny do wyzwalania kaskad sygnałowych zależnych od cyklicznie kinaz białkowych GMP, podobnie jak cykliczne AMP.
Został opisany nie tylko u ssaków, które są zwierzętami bardzo złożonymi, ale także u najprostszych prokariotów, należących do królestw eubakterii i archeonów. Jego obecność w roślinach jest nadal przedmiotem dyskusji, ale dowody sugerują, że nie występuje w tych organizmach.
Formacja i degradacja
Wewnątrzkomórkowe stężenie cyklicznych nukleotydów guaniny, jak również adeniny, jest wyjątkowo niskie, zwłaszcza w porównaniu z ich niecyklicznymi analogami, które są mono-, di- lub trifosforanowane.
Jednak poziomy tego nukleotydu mogą być selektywnie zmieniane w obecności pewnych bodźców hormonalnych i innych czynników, które zachowują się jak pierwotne przekaźniki.
Metabolizm cyklicznego GMP jest częściowo niezależny od metabolizmu cyklicznego AMP i innych analogicznych nukleotydów. Jest on wytwarzany z GTP przez system enzymatyczny znany jako cyklaza guanylowa lub cyklaza guanylanowa, który jest enzymem częściowo rozpuszczalnym w większości tkanek.
Enzymy cyklazy guanylanowej są odpowiedzialne za „cyklizację” grupy fosforanowej w pozycji 5 'reszty cukrowej (rybozy), powodując wiązanie tego samego fosforanu do dwóch różnych grup OH w tej samej cząsteczce.
Enzym ten występuje bardzo obficie w jelicie cienkim i płucach ssaków, a najbardziej aktywne źródło znajduje się w nasieniu gatunku jeżowca morskiego. We wszystkich badanych organizmach zależy od dwuwartościowych jonów manganu, co odróżnia go od cyklaz adenylanowych, które są zależne od magnezu lub cynku.
W degradacji cyklicznego GMP pośredniczą fosfodiesterazy cyklicznych nukleotydów, które nie wydają się być specyficzne, ponieważ wykazano, że te same enzymy są zdolne do wykorzystywania zarówno cyklicznego AMP, jak i cyklicznego GMP jako hydrolizowalnych substratów.
Oba procesy, powstawanie i degradacja, są dokładnie kontrolowane wewnątrzkomórkowo.
Struktura
Struktura cyklicznego GMP nie różni się znacząco od struktury innych cyklicznych nukleotydów. Jak sama nazwa wskazuje (3 ', 5'-monofosforan guanozyny) ma grupę fosforanową przyłączoną do tlenu na węglu w pozycji 5' cukru rybozy.
Wspomniany cukier rybozowy jest jednocześnie połączony z zasadą azotową heterocyklicznego pierścienia guaninowego za pomocą wiązania glikozydowego z węglem w pozycji 1 'rybozy.
Grupa fosforanowa, która jest przyłączona do atomu tlenu w pozycji 5 'rybozy, jest transfuzowana przez wiązanie fosfodiestrowe, które występuje między tą samą grupą fosforanową a tlenem węgla w pozycji 3' rybozy, tworząc w ten sposób 3'-5'- „trans-skondensowany” fosforan (3'-5'-trans-skondensowany fosforan).
Fuzja grupy fosforanowej lub jej „cyklizacja” powoduje wzrost sztywności cząsteczki, ponieważ ogranicza swobodną rotację wiązań w pierścieniu furanowym rybozy.
Podobnie jak w przypadku cyklicznego AMP, wiązanie glikozydowe między pierścieniem guaniny a rybozą i jego swoboda rotacji są ważnymi parametrami strukturalnymi dla specyficznego rozpoznawania cyklicznego GMP.
cechy
W przeciwieństwie do wielu i bardzo zróżnicowanych funkcji, które mają inne analogiczne cykliczne nukleotydy, takie jak cykliczne AMP, funkcja cyklicznego GMP jest nieco bardziej ograniczona:
1-Uczestniczy w procesach sygnalizacyjnych w odpowiedzi na świetlną stymulację barwników wzrokowych. Jego stężenie jest modyfikowane z powodu aktywacji białka G, które odbiera bodziec świetlny i oddziałuje z zależną od GMP cykliczną fosfodiesterazy.
Zmiany w poziomach tego nukleotydu zmieniają przepuszczalność błony komórek gałki ocznej w kształcie pręcika dla jonów sodu, powodując inne zmiany, które przerywają przekazywanie bodźca do nerwu wzrokowego.
2-Pełni funkcje w cyklu skurczu i rozluźnienia mięśni gładkich w odpowiedzi na tlenek azotu i inne związki chemiczne o różnym charakterze.
3-Wzrost jego stężenia w wyniku odpowiedzi na peptydy natriuretyczne związany jest z regulacją ruchu jonów sodu i wody przez błony komórkowe.
4-W niektórych organizmach cykliczny GMP może konkurować z cyklicznym AMP o cykliczną fosfodiesterazy nukleotydów, a dodanie cyklicznej GMP może przyczynić się do wzrostu stężenia cyklicznego AMP poprzez zmniejszenie jego degradacji.
5-Bakterie, takie jak E. coli, zwiększają poziom cyklicznego GMP po wystawieniu na chemo-atraktanty, co wskazuje, że ten nukleotyd bierze udział w procesach sygnalizacji w odpowiedzi na te bodźce chemiczne.
6-Stwierdzono, że cykliczna GMP ma również ważne implikacje w procesach rozszerzenia naczyń i erekcji u ssaków.
7-Wiele bramkowych kanałów jonowych (wapń i sód) jest regulowanych przez wewnątrzkomórkowe ligandy, które specyficznie wykorzystują cykliczne GMP.
Bibliografia
- Botsford, JL (1981). Cykliczne nukleotydy u prokariotów. Microbiological Reviews, 45 (4), 620–642.
- Garrett, R. i Grisham, C. (2010). Biochemistry (4th ed.). Boston, USA: Brooks / Cole. CENGAGE Learning.
- Hardman, J., Robison, A. i Sutherland, E. (1971). Cykliczne nukleotydy. Annual Reviews in Physiology, 33, 311–336.
- Nelson, DL i Cox, MM (2009). Zasady Lehningera biochemii. Omega Editions (wyd. 5).
- Newton, RP i Smith, CJ (2004). Cykliczne nukleotydy. Phytochemistry, 65, 2423–2437.