GUANINAS: CHARAKTERISTIKOS, STRUKTŪRA, FORMAVIMAS IR FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Guaninas yra azoto turintis bazė, kuri tarnauja guanilato monofosfatas ir 5'-5'-monofosfatas į deoxiguanilato biosintezės. Abi medžiagos yra atitinkamai RNR ir DNR dalys, kurios saugo ląstelių genetinę informaciją.

Ribonukleino rūgštis (RNR) ir dezoksiribonukleorūgštis (DNR) yra sudaryti iš nukleotidų, kurie yra sudaryti iš azoto bazės, prijungtos prie cukraus, ir fosfato grupės.

Šaltinis: NEUROtiker

Savo nukleozidų monofosfato, difosfato ir trifosfatų pavidalu (GMP, GDP ir GTP) guaninas, be to, kad yra nukleorūgščių dalis, dalyvauja tokiuose procesuose kaip energijos apykaita, tarpląstelinio signalo vertimas, fotoreceptorių fiziologija. ir pūslelių susiliejimas.

Cheminė struktūra

Cheminė guanino (2-amino-6-hidroksipurino) struktūra yra heterociklinis purino žiedas, susidedantis iš dviejų susietų žiedų sistemos: vienas žiedas yra pirimidinas, o kitas žiedas yra imidazolas.

Guanino heterociklinis žiedas yra plokščias su kai kuriomis konjuguotomis dvigubomis jungtimis. Be to, jis turi dvi tautomerines formas, keto ir enolio formas, esančias tarp C-1 ir N-6 grupių.

charakteristikos

Guanino savybės yra šios:

- Guaninas yra apolinė medžiaga. Jis netirpsta vandenyje, bet tirpsta koncentruotuose stiprių rūgščių ar bazių tirpaluose.

- Jis gali būti išskirtas kaip balta kieta medžiaga, kurio empirinė formulė yra C ₅ H ₅ N ₅ O, molekulinė masė 151,3 g / mol.

- DNR savybė absorbuoti šviesą esant 260 nm iš dalies yra dėl cheminės guanino struktūros.

- DNR guaninas sudaro tris vandenilio ryšius. C-6 karbonilo grupė yra vandenilio jungčių priėmėjas, N-1 grupė ir C-2 amino grupė yra vandenilio jungčių donorai.

Dėl šios priežasties ryšiui tarp guanino ir citozino nutraukti reikia daugiau energijos, nei adeninui su timinu, nes pastarąją porą jungia tik du vandenilio ryšiai.

- Ląstelėje jis visada randamas kaip nukleorūgščių dalis arba kaip GMP, BVP ir GTP, niekada nėra laisvos formos.

Biosintezė

Guano molekulė, kaip ir kiti purinai, yra sintetinta iš 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP) per fermentų katalizuojamas reakcijas.

Pirmasis žingsnis susideda iš aminogrupės pridėjimo iš glutamino į PRPP ir susidaro 5-fosforibosilaminas (PRA).

Vėliau, pagal užsakytą seką, į PRA pridedamas glicinas, aspartatas, glutaminas, formatas ir anglies dioksidas. Tokiu būdu susidaro tarpinis metabolitas, vadinamas inozino 5'-monofosfatu (IMP).

Šio proceso metu iš ATP (adenozino 5'-trifosfato) hidrolizės, kurios metu susidaro ADP (adenozino 5'-difosfatas) ir Pi (neorganinis fosfatas), naudojama laisva energija.

IMP oksidacija priklauso nuo NAD ⁺ (nikotinamido adenino dinukleotido), gaminant ksantino 5’-monofosfatą (XMP). Vėliau prie XMP pridedant aminogrupę, gaunama guanilato molekulė.

Guanilato biosintezės reguliavimas prasideda, kai susidaro PRA, ir pabaigoje, kai vyksta IMP oksidacija. Reguliacija vyksta neigiamai: GMP nukleotidas slopina fermentus abiem etapais.

Vykstant metaboliniam nukleotidų skaidymui, azoto bazės yra perdirbamos. GMP formuojamas fermento hipoksantino-guanino fosforibosiltiltransferazės dėka, perduodant fosribosilo grupę iš PRPP į guaniną.

Funkcija

Kadangi laisvos formos guaninas nerastas, jo funkcijos yra susijusios su GMP, BVP ir GTP. Kai kurie iš jų yra paminėti žemiau:

- Guanozino 5'-trifosfatas (GTP) veikia kaip laisvos energijos rezervuaras. GTP gama fosfato grupė gali būti perkelta į adenozino 5'-trifosfatą (ADP), kad susidarytų ATP. Ši reakcija yra grįžtamoji ir ją katalizuoja nukleozidifosfato kinazė.

- GMP yra stabiliausia nukleotido, kuriame yra guanino, forma. Hidrolizės metu GMP vertimo keliuose formuoja ciklinį GMP (cGMP), kuris yra antrasis tarpląstelinės signalizacijos signalas. Pavyzdžiui, fotoreceptorių ir chemoreceptorių kvapo ląstelėse.

- cGMP dalyvauja atpalaiduojant lygiųjų raumenų kraujagysles, atliekant azoto oksido biosintezę endotelio ląstelėse.

- GTP gama fosfato hidrolizė yra laisvas baltymų biosintezės ribosomose energijos šaltinis.

- Helikazės fermentams reikalinga laisva GTP hidrolizės energija, norint atskirti DNR dvigubą spiralę, DNR replikacijos ir transkripcijos metu.

- Hipokampo neuronuose įtampos turinčių natrio kanalų veikimą reguliuoja GTP hidrolizė iki BVP.

Susijusios ligos

Didelis šlapimo rūgšties kiekis kraujyje ir šlapime buvo susijęs su trim skirtingais medžiagų apykaitos defektais, kuriuos pamatysime toliau.

Lescho-Nyhano sindromas

Jam būdingas HPRT (hipoksantino-guanino fosforibozil-transferazės), fermento, svarbaus hipoksantino ir guanino perdirbimui, trūkumas. Tokiu atveju PRPP lygis padidėja, o IMP ir GMP, du svarbūs pradinio purino sintezės etapo reguliatoriai, nesudaromi. Visa tai palaiko purinų biosintezę de novo.

Padidėjęs PRPP sintazės aktyvumas

Dėl to padidėja PRPP lygis. Šis metabolitas veikia kaip glutamino PRPP-amidotransferazės aktyvatorius, kuris yra atsakingas už 5-fosforibosilamino sintezę, padidindamas purinų de novo biosintezę.

Von Gierke sindromas

Tai I tipo glikogeno kaupimosi liga. Pacientams, sergantiems šiuo sindromu, trūksta gliukozės 6-fosfatazės. Dėl to padidėja gliukozės 6-fosfato, kuris naudojamas pentozės 5-fosfato sintezei per pentozės fosfatą, kiekis.

Ribozės 5-fosfatas yra pradinis PRPP biosintezės metabolitas. Kaip ir dviem ankstesniais atvejais, tai lemia purino biosintezės de novo padidėjimą.

Padidėjęs šlapimo rūgšties kiekis kraujyje ir šlapime sukelia simptomus, kurie paprastai vadinami podagra. Lescho Nyhano sindromo atveju pacientams visiškai trūksta fermento HPRP, todėl pasireiškia kiti simptomai, įskaitant paralyžių ir protinį atsilikimą.

HPRP genas yra X chromosomoje, todėl šio geno mutacijos veikia vyrus. Negalima gydyti neurologinių problemų. Su šlapimo rūgšties padidėjimu susiję simptomai gydomi alopurinoliu.

Nuorodos

1. Dawson, R. ir kt. 1986. Biocheminių tyrimų duomenys. Clarendon Press, Oksfordas.
2. Hortonas, R; Moranas, L; Scrimgeour, G; Perry, M. Ir Rawn, D. 2008. Biochemijos principai. 4-asis leidimas. „Pearson Education“.
3. Mathewsas, Van Holde'as, Ahernas. 2001. Biochemija. 3-asis leidimas.
4. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. Ir Rodwell, V. 2003. Harperio iliustruota biochemija. 26-asis leidimas. „McGraw-Hill“ kompanijos.
5. Nelsonas, DL ir Cox, M. 1994. Lehninger. Biochemijos principai. 4-asis leidimas. Edas Omega.
6. Sigma-Aldrichas. 2019. Guanino cheminis lapas. Žodinis internetinis adresas: sigmaaldrich.com.