Guanosin trifosfát nebo guanosin trifosfát (GTP), je jedním z mnoha nukleotidů, které jsou schopné ukládání fosfátů volné energie snadno použitelný pro více biologických funkcí.
Na rozdíl od jiných příbuzných fosfátových nukleotidů, které obvykle poskytují potřebnou energii k provádění široké škály procesů v různých buněčných kontextech, někteří autoři ukázali, že nukleotidy, jako je GTP, UTP (uridin trifosfát) a CTP (cytidin trifosfát), dodávají energii hlavně v anabolické procesy.
Chemická struktura guanosin trifosfátu nebo GTP (Zdroj: Cacycle, přes Wikimedia Commons)
V tomto smyslu Atkinson (1977) naznačuje, že GTP má funkce, které zahrnují aktivaci mnoha anabolických procesů prostřednictvím různých mechanismů, což bylo prokázáno v systémech in vitro i in vivo.
Energie obsažená v jejich vazbách, zejména mezi fosfátovými skupinami, se používá k pohonu některých buněčných procesů zapojených zejména do syntézy. Příkladem je syntéza proteinů, replikace DNA a RNA transkripce, mikrotubulární syntéza atd.
Struktura
Jak je tomu u adeninových nukleotidů (ATP, ADP a AMP), GTP má jako svou základní strukturu tři nesporné prvky:
-A heterocyklický guaninový kruh (purin)
- pětimocný základní cukr, ribóza (furanový kroužek) a
- Tři fosfátové skupiny jsou připojeny
První fosfátová skupina GTP je připojena k 5 'uhlíku ribózového cukru a guaninový zbytek je připojen k této molekule prostřednictvím 1' uhlíku ribofuranosového kruhu.
Z biochemického hlediska je touto molekulou guanosin 5'-trifosfát, lépe popsaný jako purinový trifosfát nebo, s chemickým názvem, 9-P-D-ribofuranosylguanin-5'-trifosfát.
Syntéza
GTP lze syntetizovat de novo v mnoha eukaryotech z kyseliny inosinové (inosin 5'-monofosfát, IMP), jeden z ribonukleotidů používaných pro syntézu purinů, které jsou jedním ze dvou typů dusíkatých bází, z nichž DNA a další molekuly jsou tvořeny.
Tato sloučenina, kyselina inosinová, je důležitým bodem větvení nejen pro syntézu purinů, ale také pro syntézu fosfátových nukleotidů ATP a GTP.
Syntéza nukleotidů guanosin-fosfátu (GMP, GDP a GTP: guanosin mono-, di- a trifosfát), začíná NAD + -dependentní hydroxylací purinového kruhu IMP, čímž se vytvoří meziprodukt xanthosin monofosfát (XMP).
Tato reakce je katalyzována enzymem známým jako IMP dehydrogenáza, který je alostericky regulován GMP.
Amidová skupina je poté přenesena do takto produkovaného XMP (reakce závislá na glutaminu a ATP) působením enzymu XMP aminázy, kde je produkována molekula guanosin monofosfátu nebo GMP.
Protože nejaktivnější nukleotidy jsou obecně trifosfátové nukleotidy, existují enzymy odpovědné za přenos fosfátových skupin na GMP molekuly, které jsou generovány právě popsanou cestou.
Tyto enzymy jsou specifické na ATP-dependentních kinázách (kinázách) známých jako guanylátové kinázy a nukleosiddifosfokinázy.
V reakci katalyzované guanylátovými cyklázy ATP působí jako donor fosfátu pro přeměnu GMP na GDP a ATP:
GMP + ATP → GDP + ADP
Guanin difosfátový nukleotid (GDP) se následně používá jako substrát pro nukleosiddifosfokinázu, která také používá ATP jako dárce fosfátů pro převod HDP na GTP:
GDP + ATP → GTP + ADP
Syntéza jinými cestami
Existuje mnoho buněčných metabolických drah schopných produkovat GTP jiné než de novo biosyntetická cesta. Obvykle se to provádí převodem fosfátových skupin pocházejících z různých zdrojů směrem k GMP a GDP prekurzorům.
Funkce
GTP, jako nukleotid fosfát analogický s ATP, má bezpočet funkcí na buněčné úrovni:
- Podílí se na růstu mikrotubulů, což jsou duté zkumavky složené z proteinu známého jako „tubulin“, jehož polymery mají schopnost hydrolyzovat GTP, což je nezbytné pro jeho prodloužení nebo růst.
-Je to nezbytný faktor pro G proteiny nebo GTP vázající proteiny, které fungují jako mediátory v různých procesech přenosu signálu, které jsou zase spojeny s cyklickým AMP a jeho signálními kaskádami.
Tyto signální procesy mají za následek komunikaci buňky s jejím prostředím a vnitřními organely navzájem a jsou zvláště důležité pro provádění pokynů kódovaných v hormonech a dalších důležitých faktorech u savců.
Příkladem těchto signálních drah, které jsou pro buňku velmi důležité, je regulace enzymu adenylátcyklázy prostřednictvím jeho interakce s G proteinem.
Funkce
GTP má mnoho funkcí, které byly prokázány experimenty in vitro v systémech bez buněk. Z těchto experimentů bylo možné prokázat, že se aktivně účastní:
- Syntéza proteinu v eukaryotech (jak pro iniciaci, tak pro prodloužení peptidů)
-Stimulace glykosylace proteinu
- Syntéza ribozomální RNA v prokaryotech a eukaryotech
- Syntéza fosfolipidů, zejména během syntézy diacylglycerolu
Některé funkce
Další experimenty, ale v buněčných nebo in vivo systémech, prokázaly účast GTP v procesech, jako jsou:
- Rozdělení a aktivace spór různých tříd mikroorganismů, prokaryot a eukaryot
-Syntéza ribozomální RNA v eukaryotech
-Mimo jiné.
Bylo také navrženo, že onkogenní postup z normálních buněk do rakovinných buněk zahrnuje ztrátu kontroly nad buněčným růstem a proliferací, kde se účastní mnoho proteinů vázajících GTP a proteinových kináz se specifickou aktivitou závislou na GTP.
GTP má také stimulační účinky na dovoz proteinů do mitochondriální matrice, což přímo souvisí s jeho hydrolýzou (více než 90% mitochondriálních proteinů je syntetizováno ribosomy v cytosolu).
Reference
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Základní buněčná biologie. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemistry (3. vydání). San Francisco, Kalifornie: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: Centrální regulátor buněčného anabolismu. V B. Horecker a E. Stadtman (Eds.), Current Topics in Cellular Regulation (sv. 25, str. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biochemie. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). Hydrolýza GTP je nezbytná pro import proteinu do mitochondriální matice. The Journal of Biological Chemistry, 273 (3), 1420–1424.