В трифосфат гуанозин или гуанозин трифосфат (GTP) е един от многото нуклеотиди, способни на съхранение фосфат свободна енергия лесно използваем за множество биологични функции.
За разлика от други свързани фосфатни нуклеотиди, които обикновено осигуряват необходимата енергия за осъществяване на голямо разнообразие от процеси в различни клетъчни условия, някои автори са показали, че нуклеотиди като GTP, UTP (уридин трифосфат) и CTP (цитидин трифосфат) осигуряват енергия главно в анаболни процеси.
Химична структура на Гуанозин трифосфат или GTP (Източник: Cacycle, чрез Wikimedia Commons)
В този смисъл Аткинсън (1977) предполага, че GTP има функции, които включват активиране на много анаболни процеси чрез различни механизми, което е доказано както в in vitro, така и в in vivo системи.
Енергията, съдържаща се в нейните връзки, особено между фосфатните групи, се използва за задвижване на някои клетъчни процеси, участващи особено в синтеза. Примери за това са синтез на протеин, репликация на ДНК и транскрипция на РНК, синтез на микротубули и др.
структура
Както е вярно за адениновите нуклеотиди (ATP, ADP и AMP), GTP има три безспорни елемента като основна структура:
-Хетероцикличен гуанинов пръстен (пурин)
- Пет въглеродна основна захар, рибоза (фуран пръстен) и
-Приложени са три фосфатни групи
Първата фосфатна група на GTP е прикрепена към 5 'въглерод от рибозната захар и гуаниновият остатък е свързан към тази молекула чрез 1' въглерод от рибофуранозния пръстен.
В биохимичен аспект тази молекула е 5-трифосфат на гуанозин, по-добре описан като пуринов трифосфат или с химическото му наименование 9-β-D-рибофуранозилгуанин-5'-трифосфат.
синтез
GTP може да се синтезира de novo в много еукариоти от инозинова киселина (инозин 5'-монофосфат, IMP), един от рибонуклеотидите, използвани за синтеза на пурини, които са една от двата типа азотни основи, от които ДНК и други молекули са съставени.
Това съединение, инозинова киселина, е важен клон не само за синтеза на пурини, но и за синтеза на фосфатните нуклеотиди ATP и GTP.
Синтезът на нуклеотиди на гуанозин фосфат (GMP, GDP и GTP: гуанозин моно-, ди- и трифосфат, съответно) започва с NAD + -зависимо хидроксилиране на пуриновия пръстен на IMP, образувайки междинното съединение ксантозин монофосфат (XMP), Тази реакция се катализира от ензим, известен като IMP дехидрогеназа, който алостерично се регулира от GMP.
След това амидна група се прехвърля в така получения XMP (реакция, зависима от глутамин и АТФ) чрез действието на ензима XMP аминаза, където се получава молекула гуанозин монофосфат или GMP.
Тъй като най-активните нуклеотиди обикновено са трифосфатни нуклеотиди, има ензими, отговорни за прехвърлянето на фосфатни групи към молекули на GMP, които се генерират по току-що описания път.
Тези ензими са специфични АТФ-зависими кинази (кинази), известни като гуанилат кинази и нуклеозидни дифосфокинази.
В реакцията, катализирана от гуанилатциклази, АТФ действа като фосфатен донор за превръщането на GMP в БВП и АТФ:
GMP + ATP → БВП + ADP
Гуанин-дифосфатният нуклеотид (БВП) впоследствие се използва като субстрат за нуклеозидна дифосфокиназа, която също използва АТФ като фосфатен донор за преобразуване на БВП в GTP:
БВП + ATP → GTP + ADP
Синтез по други пътища
Има много клетъчни метаболитни пътища, способни да произвеждат GTP, различен от биосинтетичния път de novo. Те обикновено го правят чрез прехвърляне на фосфатни групи, идващи от различни източници, към предшествениците на GMP и БВП.
Характеристика
GTP, като нуклеотиден фосфат, аналогичен на ATP, има безброй функции на клетъчно ниво:
-Участва в растежа на микротрубочки, представляващи кухи тръби, съставени от протеин, известен като "тубулин", чиито полимери имат способността да хидролизират GTP, което е от съществено значение за неговото удължаване или растеж.
-Той е важен фактор за G протеини или GTP-свързващи протеини, които функционират като медиатори в различни процеси на предаване на сигнали, които от своя страна са свързани с цикличния AMP и неговите сигнални каскади.
Тези сигнални процеси водят до комуникацията на клетката с нейната среда и нейните вътрешни органели помежду си и са особено важни за изпълнение на инструкциите, кодирани в хормоните и други важни фактори при бозайниците.
Пример за тези сигнални пътища от голямо значение за клетката е регулирането на ензима аденилатциклаза чрез взаимодействието й с G протеин.
Характеристика
GTP има много функции, които са демонстрирани чрез in vitro експерименти в системи без клетки. От тези експерименти беше възможно да се докаже, че активно участва в:
-Протеинов синтез в еукариоти (както за иницииране, така и за удължаване на пептидите)
-Стимулация на протеиновата гликозилация
-Синтезът на рибозомна РНК в прокариоти и еукариоти
-Синтезът на фосфолипиди, особено по време на синтеза на диацилглицерол
Определени функции
Други експерименти, но в клетъчни или in vivo системи, са доказали участието на GTP в процеси като:
-Поспорване и активиране на спорите на различни класове микроорганизми, прокариоти и еукариоти
-Синтез на рибозомна РНК в еукариоти
-Сред други.
Предложено е също, че онкогенната прогресия от нормалните клетки към раковите клетки включва загуба на контрол върху клетъчния растеж и пролиферация, в която участват много GTP-свързващи протеини и протеин кинази със специфична GTP-зависима активност.
GTP също има стимулиращо въздействие върху вноса на протеини в митохондриалния матрикс, което е пряко свързано с неговата хидролиза (повече от 90% от митохондриалните протеини се синтезират от рибозоми в цитозола).
Препратки
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Съществена клетъчна биология. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Биохимия (3-то издание). Сан Франциско, Калифорния: Пиърсън.
- Pall, M. (1985). GTP: Централен регулатор на клетъчния анаболизъм. В B. Horecker & E. Stadtman (изд.), Актуални теми в клетъчната регулация (том 25, стр. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Биохимия. Бърлингтън, Масачузетс: Нийл Патерсън Издатели.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). GTP хидролизата е от съществено значение за вноса на протеини в митохондриалната матрица. The Journal of Biological Chemistry, 273 (3), 1420–1424.