GUANINA: CHARAKTERYSTYKA, BUDOWA, TWORZENIE I FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

Guaniny jest azotowej podstawy, która służy do biosyntezy guanylową i 5'-monofosforan 5'-monofosforanu z deoxiguanilato. Obie substancje są odpowiednio częścią RNA i DNA, które przechowują informacje genetyczne komórek.

Kwas rybonukleinowy (RNA) i kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) składają się z nukleotydów, które składają się z zasady azotowej przyłączonej do cukru i grupy fosforanowej.

Źródło: NEUROtiker

Guanina, oprócz tego, że jest częścią kwasów nukleinowych, w postaci monofosforanów, difosforanów i trifosforanów nukleozydów (GMP, GDP i GTP) uczestniczy w procesach takich jak metabolizm energetyczny, translacja sygnału wewnątrzkomórkowego, fizjologia fotoreceptorów i fuzja pęcherzyków.

Struktura chemiczna

Struktura chemiczna guaniny (2-amino-6-hydroksypuryny) to heterocykliczny pierścień purynowy, składający się z układu dwóch połączonych ze sobą pierścieni: jeden to pirymidyna, a drugi to imidazol.

Pierścień heterocykliczny guaniny jest płaski z pewnymi sprzężonymi wiązaniami podwójnymi. Dodatkowo ma dwie formy tautomeryczne, keto i enol, pomiędzy grupami C-1 i N-6.

cechy

Cechy guaniny są następujące:

- Guanina jest substancją niepolarną. Jest nierozpuszczalny w wodzie, ale jest rozpuszczalny w stężonych roztworach mocnych kwasów lub zasad.

- Można go wyodrębnić jako białą substancję stałą o wzorze empirycznym C ₅ H ₅ N ₅ O i masie cząsteczkowej 151,3 g / mol.

- Właściwość DNA polegająca na absorbowaniu światła przy 260 nm wynika częściowo ze struktury chemicznej guaniny.

- W DNA guanina tworzy trzy wiązania wodorowe. Grupa karbonylowa C-6 jest akceptorem wiązań wodorowych, grupa N-1 i grupa C-2 aminowa są donorami wiązań wodorowych.

Z tego powodu rozerwanie wiązania między guaniną i cytozyną wymaga więcej energii niż wiązania adeniny z tyminą, ponieważ ta ostatnia para jest połączona tylko dwoma wiązaniami wodorowymi.

- W komórce zawsze występuje jako część kwasów nukleinowych lub jako GMP, GDP i GTP, nigdy w postaci wolnej.

Biosynteza

Cząsteczka guaniny, podobnie jak inne puryny, jest syntetyzowana de novo z 5-fosforybozylo-1-pirofosforanu (PRPP) w wyniku reakcji katalizowanych przez enzymy.

Pierwszy etap polega na dodaniu grupy aminowej z glutaminy do PRPP i utworzeniu 5-fosforybozyloaminy (PRA).

Następnie, w uporządkowanej kolejności, do PRA dodaje się glicynę, asparaginian, glutaminę, mrówczan i dwutlenek węgla. W ten sposób powstaje pośredni metabolit zwany 5'-monofosforanem inozyny (IMP).

Podczas tego procesu, darmowa energia jest wykorzystywana z hydrolizy ATP (adenozyny 5'-trifosforan), który wytwarza ADP (adenozyno 5'-difosforan) i Pi (nieorganiczny fosforan).

Utlenianie IMP zależy od NAD ⁺ (dinukleotydu nikotynamidoadeninowego), wytwarzającego 5'-monofosforan ksantyny (XMP). Późniejsze dodanie grupy aminowej do XMP daje cząsteczkę guanylanu.

Regulacja biosyntezy guanylanu zachodzi na początku, gdy powstaje PRA, a na końcu, gdy zachodzi utlenianie IMP. Regulacja zachodzi poprzez negatywne sprzężenie zwrotne: nukleotyd GMP hamuje enzymy na obu etapach.

Podczas metabolicznej degradacji nukleotydów zawracane są zasady azotowe. GMP jest tworzony przez enzym fosforybozylotransferazę hipoksantynowo-guaninową, przenoszący grupę fosrybozylową z PRPP do guaniny.

Funkcjonować

Ponieważ guanina nie występuje w postaci wolnej, jej funkcje są powiązane z GMP, GDP i GTP. Niektóre z nich są wymienione poniżej:

- 5'-trifosforan guanozyny (GTP) działa jako rezerwuar darmowej energii. Grupa gamma fosforanowa GTP może zostać przeniesiona do adenozyny 5'-trifosforanu (ADP), z wytworzeniem ATP. Ta reakcja jest odwracalna i jest katalizowana przez nukleozydową kinazę difosforanową.

- GMP jest najbardziej stabilną formą nukleotydu zawierającą guaninę. Poprzez hydrolizę GMP tworzy cykliczny GMP (cGMP), który jest drugim przekaźnikiem podczas sygnalizacji wewnątrzkomórkowej w szlakach translacji. Na przykład w komórkach zapachowych fotoreceptorów i chemoreceptorów.

- cGMP bierze udział w rozkurczu naczyń krwionośnych mięśni gładkich podczas biosyntezy tlenku azotu w komórkach śródbłonka.

- Hydroliza gamma fosforanu GTP służy jako wolne źródło energii do biosyntezy białek w rybosomach.

- Enzymy helicaza potrzebują wolnej energii z hydrolizy GTP do oddzielenia podwójnej helisy DNA podczas replikacji i transkrypcji DNA.

- W neuronach hipokampu działanie bramkowanych napięciem kanałów sodowych jest regulowane przez hydrolizę GTP do GDP.

Powiązane choroby

Wysoki poziom kwasu moczowego we krwi i moczu wiąże się z trzema różnymi defektami metabolicznymi, które zobaczymy poniżej.

Zespół Lescha-Nyhana

Charakteryzuje się niedoborem HPRT (hipoksantyno-guaninofosforybozylotransferazy), enzymu ważnego dla recyklingu hipoksantyny i guaniny. W tym przypadku wzrasta poziom PRPP i nie powstają IMP i GMP, dwa ważne regulatory początkowego etapu syntezy puryn. Wszystko to sprzyja biosyntezie puryn de novo.

Zwiększona aktywność syntazy PRPP

Powoduje to wzrost poziomów PRPP. Metabolit ten działa jako aktywator glutaminy PRPP-amidotransferazy, która odpowiada za syntezę 5-fosforybozyloaminy, zwiększając biosyntezę puryn de novo.

Zespół von Gierke

Jest to choroba związana z magazynowaniem glikogenu typu I. Pacjenci z tym zespołem mają wadliwą 6-fosfatazę glukozową. Powoduje to wzrost poziomu glukozo-6-fosforanu, który służy do syntezy rybozo-5-fosforanu poprzez pentozofosforan.

5-fosforan rybozy jest wyjściowym metabolitem biosyntezy PRPP. Podobnie jak w dwóch poprzednich przypadkach, prowadzi to do wzrostu biosyntezy puryn de novo.

Zwiększony poziom kwasu moczowego we krwi i moczu powoduje objawy powszechnie znane jako dna. W przypadku zespołu Lescha Nyhana pacjentom całkowicie brakuje aktywności enzymu HPRP, co prowadzi do manifestacji innych objawów, w tym paraliżu i upośledzenia umysłowego.

Gen HPRP znajduje się na chromosomie X. Dlatego mutacje w tym genie dotyczą mężczyzn. Nie ma leczenia problemów neurologicznych. Objawy związane ze zwiększeniem stężenia kwasu moczowego leczy się allopurynolem.

Bibliografia

1. Dawson, R. i in. 1986. Dane do badań biochemicznych. Clarendon Press, Oxford.
2. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. And Rawn, D. 2008. Zasady biochemii. Wydanie 4. Edukacja Pearson.
3. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biochemia. 3th Edition.
4. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. Wydanie 26. Firmy McGraw-Hill.
5. Nelson, DL i Cox, M. 1994. Lehninger. Zasady biochemii. Wydanie 4. Ed Omega.
6. Sigma-Aldrich. 2019. Arkusz chemiczny guaniny. Adres WWW Word Wide: sigmaaldrich.com.