Cyklický GMP, guanosin monofosfát také známý jako cyklického guanosin monofosfátu nebo guanosin 3‘, 5'-monofosfát je nukleotid podílí na mnoha procesech cyklický buněk, a to zejména těch, které souvisejí signalizačních a intercelulární komunikace.
Poprvé byl popsán před více než 40 lety, krátce po objevení jeho analogového, cyklického AMP, který se od něj liší z hlediska dusíkaté báze, protože nejde o nukleotid guaninu, ale o adenin.
Chemická struktura cyklického guanosin monofosfátu nebo GMP (Zdroj: en: Uživatel: Diberri prostřednictvím Wikimedia Commons)
Podobně jako jiné cyklické nukleotidy, jako je výše uvedený cyklický AMP nebo cyklický CTP (cyklický cytidinový monofosfát), je struktura cyklického GMP rozhodující pro jeho chemické vlastnosti a biologickou aktivitu, kromě toho, že je stabilnější než jeho protějšek.
Tento nukleotid je produkován enzymem známým jako guanylylcykláza a je schopný vypalovat signální kaskády cyklicky závislých GMP proteinových kináz podobným způsobem jako cyklický AMP.
Byl popsán nejen u savců, což jsou velmi složitá zvířata, ale také u nejjednodušších prokaryot, zahrnutých do království eubakterií a archaea. Jeho přítomnost v rostlinách je stále předmětem debaty, ale důkazy naznačují, že v těchto organismech chybí.
Formování a degradace
Intracelulární koncentrace cyklických guaninových nukleotidů, jakož i adeninu, je extrémně nízká, zejména ve srovnání s jejich necyklickými analogy, které jsou mono-, di- nebo trifosfátované.
Hladiny tohoto nukleotidu se však mohou selektivně měnit v přítomnosti určitých hormonálních podnětů a dalších faktorů, které se chovají jako primární posly.
Metabolismus cyklického GMP je částečně nezávislý na metabolismu cyklického AMP a dalších analogických nukleotidů. To je produkováno z GTP enzymovým systémem známým jako guanylylcykláza nebo guanylátcykláza, což je částečně rozpustný enzym ve většině tkání.
Enzymy guanylátcyklázy jsou odpovědné za "cyklizaci" fosfátové skupiny v poloze 5 'cukerného zbytku (ribózy), což způsobuje vazbu stejného fosfátu na dvě různé OH skupiny ve stejné molekule.
Tento enzym je velmi hojný v tenkém střevě a plicích savců a nejaktivnějším zdrojem je spermie druhu mořského ježka. Ve všech sledovaných organismech závisí na iontech dvojmocného manganu, které jej odlišují od adenylátových cyklas, které závisí na hořčíku nebo zinku.
Degradace cyklického GMP je zprostředkována cyklickými nukleotidovými fosfodiesterázami, které se nezdají být specifické, protože se ukázalo, že stejné enzymy jsou schopné používat jak cyklický AMP, tak cyklický GMP jako hydrolyzovatelné substráty.
Oba procesy, tvorba i degradace, jsou pečlivě kontrolovány intracelulárně.
Struktura
Struktura cyklického GMP se významně neliší od struktury ostatních cyklických nukleotidů. Jak již název napovídá (guanosin 3 ', 5'-monofosfát) má fosfátová skupina vázaná k kyslíku na uhlíku v poloze 5' ribózového cukru.
Uvedený ribózový cukr je současně vázán na dusíkatou bázi heterocyklického guaninového kruhu pomocí glykosidické vazby s uhlíkem v poloze 1 'ribózy.
Fosfátová skupina, která je připojena k atomu kyslíku v poloze 5 'ribózy, je trans-fúzována prostřednictvím fosfodiesterové vazby, která se vyskytuje mezi stejnou fosfátovou skupinou a kyslíkem uhlíku v poloze 3' ribózy, čímž se vytvoří 3'-5'- "trans-fúzovaný" fosfát (3'-5'-trans-fúzovaný fosfát).
Fúze fosfátové skupiny nebo její "cyklizace" způsobuje zvýšení rigidity molekuly, protože omezuje volnou rotaci vazeb v furanovém kruhu ribózy.
Jak je také pravda pro cyklický AMP, glykosidická vazba mezi guaninovým kruhem a ribózou a její svoboda rotace jsou důležitými strukturálními parametry pro specifické rozpoznávání cyklického GMP.
Funkce
Na rozdíl od mnoha a velmi rozmanitých funkcí, které mají jiné analogické cyklické nukleotidy, jako je cyklický AMP, je funkce cyklického GMP o něco omezenější:
1-Účastní se signálních procesů v reakci na světelnou stimulaci vizuálních pigmentů. Jeho koncentrace je modifikována aktivací G proteinu, který vnímá světelný stimul a interaguje s GMP-závislou cyklickou fosfodiesterázou.
Změny v hladinách tohoto nukleotidu mění permeabilitu membrány tyčinkovitých očních buněk na sodné ionty, což způsobuje další změny, které ukončují přenos stimulu do zrakového nervu.
2-Má funkce ve svalové kontrakci a relaxačním cyklu hladkého svalstva v reakci na oxid dusnatý a jiné chemické sloučeniny různé povahy.
3-Zvýšení jeho koncentrace v důsledku reakce na natriuretické peptidy souvisí s regulací pohybu sodných a vodních iontů přes buněčné membrány.
4-U některých organismů může cyklický GMP soutěžit s cyklickým AMP o cyklickou nukleotidovou fosfodiesterázu a přidání cyklického GMP může přispět ke zvýšení koncentrace cyklického AMP snížením jeho degradace.
5-Bakterie, jako je E. coli, zvyšují své hladiny cyklického GMP, když jsou vystaveny chemoatraktantům, což naznačuje, že tento nukleotid je zapojen do signalizačních procesů v reakci na tyto chemické podněty.
6-Bylo zjištěno, že cyklický GMP má také důležité implikace ve vazodilatačních a erekčních procesech u savců.
7-Mnoho hradlových iontových kanálů (vápník a sodík) je regulováno intracelulárními ligandy, které specificky používají cyklický GMP.
Reference
- Botsford, JL (1981). Cyklické nukleotidy v prokaryotech. Microbiological Reviews, 45 (4), 620–642.
- Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Biochemie (4. vydání). Boston, USA: Brooks / Cole. CENGAGE Učení.
- Hardman, J., Robison, A., & Sutherland, E. (1971). Cyklické nukleotidy. Annual Reviews in Physiology, 33, 311–336.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovy principy biochemie. Vydání Omega (5. vydání).
- Newton, RP, a Smith, CJ (2004). Cyklické nukleotidy. Phytochemistry, 65, 2423-2437.