GUANINE: CHARAKTERISTIKA, STRUKTURA, FORMOVÁNÍ A FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Guanin je dusíkatá báze, která slouží pro biosyntézu guanylát monofosfát a 5'-5'-monofosfát a na deoxiguanilato. Obě látky jsou součástí RNA a DNA, které uchovávají genetickou informaci o buňkách.

Kyselina ribonukleová (RNA) a kyselina deoxyribonukleová (DNA) jsou tvořeny nukleotidy, které jsou tvořeny dusíkatou bází navázanou na cukr a fosfátovou skupinu.

Zdroj: NEUROtiker

Guanin se kromě toho, že je součástí nukleových kyselin, ve svých formách nukleosidů monofosfátu, difosfátu a trifosfátů (GMP, GDP a GTP) účastní procesů, jako je energetický metabolismus, translace intracelulárního signálu, fyziologie fotoreceptorů a fúze vezikul.

Chemická struktura

Chemická struktura guaninu (2-amino-6-hydroxypurin) je heterocyklický purinový kruh, který se skládá ze systému dvou spojených kruhů: jeden kruh je pyrimidin a druhý kruh je imidazol.

Guaninův heterocyklický kruh je plochý s některými konjugovanými dvojnými vazbami. Kromě toho má mezi skupinami C-1 a N-6 dvě tautomerní formy, keto a enol.

vlastnosti

Charakteristiky guaninu jsou následující:

- Guanine je nepolární látka. Je nerozpustný ve vodě, ale je rozpustný v koncentrovaných roztocích silných kyselin nebo zásad.

- může být izolován ve formě bílé pevné látky, s empirickým vzorcem C ₅ H ₅ N ₅ O, a molekulová hmotnost 151,3 g / mol.

- DNA schopnost absorbovat světlo při 260 nm je částečně způsobena chemickou strukturou guaninu.

- V DNA tvoří guanin tři vodíkové vazby. Karbonylová skupina C-6 je akceptor vodíkové vazby, skupina N-1 a aminoskupina C-2 jsou donory vodíkové vazby.

Z tohoto důvodu je zapotřebí více energie, aby se přerušila vazba mezi guaninem a cytosinem, než vazba adeninu s thyminem, protože tento pár je spojen pouze dvěma vodíkovými vazbami.

- V buňce se vždy nachází jako součást nukleových kyselin nebo jako GMP, GDP a GTP, nikdy ve své volné formě.

Biosyntéza

Guaninová molekula, stejně jako jiné puriny, je syntetizována de novo z 5-fosforibosyl-l-pyrofosfátu (PRPP), prostřednictvím reakcí katalyzovaných enzymy.

První krok spočívá v přidání aminoskupiny, od glutaminu, k PRPP a vytvoří se 5-fosforibosilamin (PRA).

Následně v uspořádané sekvenci dochází k přidání glycinu, aspartátu, glutaminu, mravenčanu a oxidu uhličitého k PRA. Tímto způsobem se vytvoří intermediární metabolit nazývaný inosin 5'-monofosfát (IMP).

Během tohoto procesu je využívána volná energie z hydrolýzy ATP (adenosin 5'-trifosfát), který produkuje ADP (adenosin 5'-difosfát) a Pi (anorganický fosfát).

Oxidace IMP je závislá na NAD ⁺ (nikotinamid adenin dinukleotid) za vzniku xanthin 5'-monofosfátu (XMP). Následným přidáním aminoskupiny do XMP se získá guanylátová molekula.

Regulace biosyntézy guanylátu probíhá na začátku, když se tvoří PRA, a na konci, když dochází k oxidaci IMP. K regulaci dochází negativní zpětnou vazbou: nukleotid GMP inhibuje enzymy v obou fázích.

Během metabolické degradace nukleotidů jsou recyklovány dusíkaté báze. GMP je tvořen enzymem hypoxanthin-guanin-fosforibosyltransferáza, která přenáší fosribosylovou skupinu z PRPP na guanin.

Funkce

Protože guanin není nalezen ve své volné formě, jsou jeho funkce spojeny s GMP, GDP a GTP. Některé z nich jsou uvedeny níže:

- Guanosin 5'-trifosfát (GTP) působí jako rezervoár volné energie. Gama fosfátová skupina GTP může být přenesena na adenosin 5'-trifosfát (ADP) za vzniku ATP. Tato reakce je reverzibilní a je katalyzována nukleosid difosfát kinázou.

- GMP je nejstabilnější formou nukleotidu, který obsahuje guanin. Prostřednictvím hydrolýzy GMP vytváří cyklický GMP (cGMP), což je druhý posel během intracelulární signalizace v translačních drahách. Například ve fotoreceptorových a chemoreceptorových buňkách vůně.

- cGMP se podílí na relaxaci krevních cév hladkého svalstva během biosyntézy oxidu dusnatého v buňkách endotelu.

- Hydrolýza GTP gama fosfátu slouží jako volný zdroj energie pro biosyntézu proteinu v ribozomech.

- Enzymy Hellicase potřebují volnou energii z hydrolýzy GTP k oddělení dvojité šroubovice DNA během replikace a transkripce DNA.

- V neuronech hippocampu je působení napěťově řízených sodíkových kanálů regulováno hydrolýzou GTP na GDP.

Související nemoci

Vysoké hladiny kyseliny močové v krvi a moči byly spojeny se třemi různými metabolickými defekty, které uvidíme níže.

Lesch-Nyhanův syndrom

Vyznačuje se nedostatkem HPRT (hypoxanthin-guanin-fosforibosyltransferáza), enzymu důležitého pro recyklaci hypoxanthinu a guaninu. V tomto případě se hladiny PRPP zvyšují a IMP a GMP, dva důležité regulátory v počátečním stadiu syntézy purinu, se netvoří. To vše upřednostňuje de novo biosyntézu purinů.

Zvýšená aktivita PRPP syntázy

To vede ke zvýšení hladin PRPP. Tento metabolit působí jako aktivátor glutaminové PRPP-amidotranferázy, která je zodpovědná za syntézu 5-fosforibosylaminu a zvyšuje de novo biosyntézu purinů.

Von Gierkeho syndrom

Jde o onemocnění související s ukládáním glykogenu typu I. Pacienti s tímto syndromem mají defektní 6-fosfatázu glukózy. To vede ke zvýšení hladin glukózo-6-fosfátu, který slouží k syntéze 5-fosfátu ribózy, pomocí pentózového fosfátu.

Ribosa 5-fosfát je výchozí metabolit pro biosyntézu PRPP. Podobně jako v předchozích dvou případech to vede ke zvýšení de novo biosyntézy purinů.

Zvýšená kyselina močová v krvi a moči způsobuje příznaky, které se běžně nazývají dna. V případě syndromu Lesch Nyhan pacienti zcela postrádají aktivitu enzymu HPRP, což vede k projevům dalších příznaků včetně ochrnutí a mentální retardace.

Gen HPRP je umístěn na chromozomu X. Proto mutace v tomto genu ovlivňují muže. Neexistuje žádná léčba k léčbě neurologických problémů. Příznaky spojené se zvýšenou kyselinou močovou jsou léčeny alopurinolem.

Reference

1. Dawson, R. a kol. 1986. Data for Biochemical Research. Clarendon Press, Oxford.
2. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. And Rawn, D. 2008. Principy biochemie. 4. vydání. Pearsonovo vzdělávání.
3. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biochemie. 3. vydání.
4. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harperova Ilustrovaná biochemie. 26. vydání. Společnosti McGraw-Hill.
5. Nelson, DL a Cox, M. 1994. Lehninger. Základy biochemie. 4. vydání. Ed Omega.
6. Sigma-Aldrich. 2019. Guaninový chemický list. Webová adresa Word: sigmaaldrich.com.