ГУАНИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФОРМИРАНЕ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В гуанин е азотна база, която служи за биосинтезата на гуанилат монофосфат и 5'-5'-монофосфат deoxiguanilato. И двете вещества са съответно част от РНК и ДНК, които съхраняват генетичната информация на клетките.

Рибонуклеиновата киселина (РНК) и дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) са изградени от нуклеотиди, които са съставени от азотна основа, прикрепена към захар и фосфатна група.

Източник: NEUROtiker

Гуанинът, освен че е част от нуклеиновите киселини, в своите форми на нуклеозиди монофосфат, дифосфат и трифосфати (GMP, GDP и GTP) участва в процеси като енергиен метаболизъм, превод на вътреклетъчния сигнал, физиологията на фоторецепторите и сливане на везикули.

Химическа структура

Химическата структура на гуанин (2-амино-6-хидроксипурин) е хетероцикличен пуринов пръстен, състоящ се от система от два свързани пръстена: единият пръстен е пиримидин, а другият пръстен е имидазол.

Хетероцикличният пръстен на Гуанин е плосък с някои конюгирани двойни връзки. Освен това той има две тавтомерни форми, кето и енол, между групите С-1 и N-6.

характеристики

Характеристиките на гуанина са следните:

- Гуанинът е аполарно вещество. Той е неразтворим във вода, но е разтворим в концентрирани разтвори на силни киселини или основи.

- Може да се изолира като бяло твърдо вещество с емпирична формула C ₅ H ₅ N ₅ O и молекулно тегло 151,3 g / mol.

- Свойството на ДНК да абсорбира светлина при 260 nm се дължи отчасти на химическата структура на гуанина.

- В ДНК гуанинът образува три водородни връзки. С-6 карбонилната група е акцептор на водородна връзка, N-1 групата и С-2 амино групата са донори на водородна връзка.

Поради тази причина е необходимо повече енергия за разкъсване на връзка между гуанин и цитозин, отколкото тази на аденин с тимин, тъй като последният чифт е свързан само с две водородни връзки.

- В клетката тя винаги се намира като част от нуклеиновите киселини или като GMP, GDP и GTP, никога в свободната си форма.

Биосинтеза

Гуаниновата молекула, подобно на други пурини, се синтезира de novo от 5-фосфорибозил-1-пирофосфат (PRPP), чрез реакции, катализирани от ензими.

Първият етап се състои в добавянето на аминогрупа от глутамин към PRPP и се образува 5-фосфорибозиламин (PRA).

Впоследствие, в подредена последователност, се добавя глицин, аспартат, глутамин, формаат и въглероден диоксид към PRA. По този начин се образува междинен метаболит, наречен инозин 5'-монофосфат (IMP).

По време на този процес се използва свободна енергия от хидролизата на АТФ (аденозин 5'-трифосфат), който произвежда ADP (аденозин 5'-дифосфат) и Pi (неорганичен фосфат).

Окисляването на IMP зависи от NAD ⁺ (никотинамид аденин динуклеотид), произвеждайки ксантин 5'-монофосфат (XMP). Последващо добавяне на аминогрупа към XMP произвежда гуанилатната молекула.

Регулирането на биосинтезата на гуанилат се извършва в началото, когато се образува PRA, и в края, когато настъпи окисляване на IMP. Регулирането става чрез отрицателна обратна връзка: GMP нуклеотид инхибира ензимите в двата етапа.

По време на метаболитното разграждане на нуклеотидите азотните основи се рециклират. GMP се образува от ензима хипоксантин-гуанин фосфорибозилтрансфераза, прехвърляйки фосрибозилна група от PRPP към гуанин.

функция

Тъй като гуанинът не се намира в свободната му форма, неговите функции са свързани с GMP, БВП и GTP. Някои от тях са споменати по-долу:

- Гуанозин 5'-трифосфат (GTP) действа като резервоар на свободна енергия. Гама-фосфатната група на GTP може да бъде прехвърлена в аденозин 5'-трифосфат (ADP), за да се образува АТФ. Тази реакция е обратима и се катализира от нуклеозид дифосфат киназа.

- GMP е най-стабилната форма на нуклеотида, която съдържа гуанин. Чрез хидролизата GMP образува цикличен GMP (cGMP), който е втори пратеник по време на вътреклетъчна сигнализация, в транслационните пътища. Например във фоторецепторните и хеморецепторните клетки на миризма.

- cGMP участва в релаксацията на кръвоносните съдове на гладката мускулатура, по време на биосинтеза на азотен оксид в клетките на ендотела.

- Хидролизата на GTP гама фосфат служи като свободен източник на енергия за биосинтеза на протеини в рибозомите.

- Ензимите Hellicase се нуждаят от свободна енергия от хидролизата на GTP, за да отделят ДНК двойната спирала, по време на репликацията на ДНК и транскрипцията.

- В невроните на хипокампуса действието на натриевите канали с напрежение се регулира от хидролизата на GTP към БВП.

Свързани заболявания

Високите нива на пикочна киселина в кръвта и урината са свързани с три различни метаболитни дефекта, които ще видим по-долу.

Синдром на Леш-Нихан

Характеризира се с дефицит на HPRT (хипоксантин-гуанин фосфорибозил трансфераза), ензим, важен за рециклирането на хипоксантин и гуанин. В този случай нивата на PRPP се увеличават и IMP и GMP, два важни регулатора на началния етап на синтеза на пурина, не се формират. Всичко това благоприятства де ново биосинтезата на пурините.

Повишена активност на PRPP синтазата

Това води до увеличаване на нивата на PRPP. Този метаболит действа като активатор на глютамин PRPP-амидотрансфераза, който е отговорен за синтеза на 5-фосфорибосиламин, повишавайки ново биосинтезата на пурини.

Синдром на фон Gierke

Това е заболяване, свързано със съхранение на гликоген тип I. Пациентите с този синдром имат дефектна глюкозна 6-фосфатаза. Това води до повишаване на нивата на глюкоза 6-фосфат, който служи за синтеза на рибоза 5-фосфат, чрез пентоза фосфат.

Рибоза 5-фосфат е началният метаболит за биосинтеза на PRPP. Подобно на двата предишни случая, това води до увеличаване на биосинтезата на пурините de novo.

Повишената пикочна киселина в кръвта и урината причинява симптоми, които обикновено са известни като подагра. В случай на синдром на Леш Нихан, пациентите напълно липсват активността на ензима HPRP, което води до проявата на други симптоми, включително парализа и умствена изостаналост.

HPRP генът е на хромозомата X. Следователно мутациите в този ген засягат мъжете. Няма лечение за лечение на неврологични проблеми. Симптомите, свързани с повишена пикочна киселина, се лекуват с алопуринол.

Препратки

1. Dawson, R. et al. 1986. Данни за биохимични изследвания. Clarendon Press, Оксфорд.
2. Хортън, R; Моран, L; Scrimgeour, G; Пери, М. и Rawn, D. 2008. Принципи на биохимията. 4-то издание. Pearson Education.
3. Матюс, Ван Холд, Ахерн. 2001. Биохимия. 3-то издание.
4. Мъри, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Илюстрирана биохимия на Harper's. 26-то издание. Компании McGraw-Hill.
5. Нелсън, DL и Кокс, М. 1994. Ленингер. Принципи на биохимията. 4-то издание. Ед Омега.
6. Sigma-Aldrich. 2019. Химически лист Guanine. Word Wide Web address: sigmaaldrich.com.