Trifosforan guanozyny lub trifosforan guanozyny (GTP) jest jednym z wielu nukleotydów, które mogą przechowywać fosforanów energii łatwy do zastosowania do różnych funkcji biologicznych.
W przeciwieństwie do innych pokrewnych nukleotydów fosforanowych, które zwykle zapewniają energię niezbędną do wykonania wielu różnych procesów w różnych kontekstach komórkowych, niektórzy autorzy wykazali, że nukleotydy, takie jak GTP, UTP (trifosforan urydyny) i CTP (trifosforan cytydyny), dostarczają energii głównie w procesy anaboliczne.
Struktura chemiczna trifosforanu guanozyny lub GTP (źródło: Cacycle, za Wikimedia Commons)
W tym sensie Atkinson (1977) sugeruje, że GTP ma funkcje, które obejmują aktywację wielu procesów anabolicznych poprzez różne mechanizmy, co wykazano zarówno w systemach in vitro, jak i in vivo.
Energia zawarta w ich wiązaniach, zwłaszcza między grupami fosforanowymi, jest wykorzystywana do napędzania niektórych procesów komórkowych związanych zwłaszcza z syntezą. Przykładami tego są synteza białek, replikacja DNA i transkrypcja RNA, synteza mikrotubul itp.
Struktura
Podobnie jak w przypadku nukleotydów adeninowych (ATP, ADP i AMP), GTP ma trzy niepodważalne elementy jako swoją podstawową strukturę:
-Heterocykliczny pierścień guaninowy (puryna)
-A pięciowęglowy cukier bazowy, ryboza (pierścień furanowy) i
-Trzy przyłączone grupy fosforanowe
Pierwsza grupa fosforanowa GTP jest przyłączona do węgla 5 'cukru rybozy, a reszta guaniny jest przyłączona do tej cząsteczki przez węgiel 1' pierścienia rybofuranozy.
Pod względem biochemicznym ta cząsteczka jest 5'-trifosforanem guanozyny, lepiej opisanym jako trifosforan puryny lub, pod jego nazwą chemiczną, 9-β-D-rybofuranozyloguanino-5'-trifosforan.
Synteza
GTP może być syntetyzowany de novo u wielu eukariontów z kwasu inozynowego (5'-monofosforan inozyny, IMP), jednego z rybonukleotydów stosowanych do syntezy puryn, które są jednym z dwóch rodzajów zasad azotowych, z których DNA i inne cząsteczki są złożone.
Związek ten, kwas inozynowy, jest ważnym punktem rozgałęzienia nie tylko w syntezie puryn, ale także w syntezie nukleotydów fosforanowych ATP i GTP.
Synteza nukleotydów z fosforanu guanozyny (odpowiednio GMP, GDP i GTP: mono-, di- i trifosforan guanozyny) rozpoczyna się zależną od NAD + hydroksylacją pierścienia purynowego IMP, tworząc związek pośredni monofosforan ksantyny (XMP). .
Ta reakcja jest katalizowana przez enzym znany jako dehydrogenaza IMP, który jest regulowany allosterycznie przez GMP.
Grupa amidowa jest następnie przenoszona do tak wytworzonego XMP (reakcja zależna od glutaminy i ATP) poprzez działanie enzymu aminazy XMP, w którym wytwarzana jest cząsteczka monofosforanu guanozyny lub GMP.
Ponieważ najbardziej aktywnymi nukleotydami są generalnie nukleotydy trifosforanowe, istnieją enzymy odpowiedzialne za przenoszenie grup fosforanowych do cząsteczek GMP, które są generowane na właśnie opisanej drodze.
Te enzymy są specyficznymi kinazami (kinazami) zależnymi od ATP, znanymi jako kinazy guanylanowe i difosfokinazy nukleozydowe.
W reakcji katalizowanej przez cyklazy guanylanowe, ATP działa jako donor fosforanów w konwersji GMP do GDP i ATP:
GMP + ATP → GDP + ADP
Nukleotyd difosforanu guaniny (GDP) jest następnie stosowany jako substrat dla difosfokinazy nukleozydowej, która również wykorzystuje ATP jako donor fosforanu do konwersji GDP na GTP:
PKB + ATP → GTP + ADP
Synteza innymi drogami
Istnieje wiele komórkowych szlaków metabolicznych zdolnych do wytwarzania GTP innych niż szlak biosyntetyczny de novo. Zwykle robią to poprzez transfer grup fosforanowych pochodzących z różnych źródeł do prekursorów GMP i GDP.
cechy
GTP, jako fosforan nukleotydów analogiczny do ATP, pełni niezliczone funkcje na poziomie komórkowym:
-Uczestniczy we wzroście mikrotubul, które są pustymi rurkami zbudowanymi z białka zwanego „tubuliną”, którego polimery mają zdolność hydrolizowania GTP, co jest niezbędne do jego wydłużania lub wzrostu.
-Jest istotnym czynnikiem dla białek G lub białek wiążących GTP, które działają jako mediatory w różnych procesach transdukcji sygnałów, które z kolei są związane z cyklicznym AMP i jego kaskadami sygnalizacyjnymi.
Te procesy sygnalizacyjne skutkują komunikacją komórki z jej otoczeniem i jej wewnętrznymi organellami między sobą i są szczególnie ważne dla wykonywania instrukcji zakodowanych w hormonach i innych ważnych czynnikach u ssaków.
Przykładem tych szlaków sygnałowych o wielkim znaczeniu dla komórki jest regulacja enzymu cyklazy adenylanowej poprzez jego interakcję z białkiem G.
cechy
GTP ma wiele funkcji, które zostały wykazane w eksperymentach in vitro w systemach „bezkomórkowych”. Na podstawie tych eksperymentów można było wykazać, że aktywnie uczestniczy w:
-Synteza białek u eukariotów (zarówno w celu inicjacji, jak i wydłużenia peptydów)
-Stymulacja glikozylacji białek
-Synteza rybosomalnego RNA u prokariontów i eukariontów
-Synteza fosfolipidów, szczególnie podczas syntezy diacyloglicerolu
Pewne funkcje
Inne eksperymenty, ale w systemach komórkowych lub in vivo, wykazały udział GTP w procesach takich jak:
-Sporulacja i aktywacja zarodników różnych klas mikroorganizmów, prokariotów i eukariontów
-Synteza rybosomalnego RNA u eukariotów
-Między innymi.
Zaproponowano również, że postęp onkogenny od normalnych komórek do komórek rakowych obejmuje utratę kontroli nad wzrostem i proliferacją komórek, w której uczestniczy wiele białek wiążących GTP i kinaz białkowych o specyficznej aktywności zależnej od GTP.
GTP działa również stymulująco na import białek do macierzy mitochondrialnej, co jest bezpośrednio związane z jej hydrolizą (ponad 90% białek mitochondrialnych jest syntetyzowanych przez rybosomy w cytozolu).
Bibliografia
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Podstawowa biologia komórki. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K. i Ahern, K. (2000). Biochemistry (3rd ed.). San Francisco, Kalifornia: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: centralny regulator anabolizmu komórkowego. W B. Horecker i E. Stadtman (red.), Current Topics in Cellular Regulation (Vol. 25, str. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biochemia. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). Hydroliza GTP jest niezbędna do importu białek do macierzy mitochondrialnej. The Journal of Biological Chemistry, 273 (3), 1420–1424.