GUANĪNS: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, VEIDOJUMS UN FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Guanīna ir slāpekļa bāzi, kas kalpo par biosintēzes guanilāta monofosfāta un 5'-5'-monofosfāta to deoxiguanilato. Abas vielas ir attiecīgi RNS un DNS daļa, kas glabā šūnu ģenētisko informāciju.

Ribonukleīnskābi (RNS) un dezoksiribonukleīnskābi (DNS) veido nukleotīdi, kurus veido slāpekļa bāze, kas piestiprināta pie cukura, un fosfātu grupa.

Avots: NEUROtiker

Guanīns papildus nukleīnskābju daļai nukleozīdu monofosfāta, difosfāta un trifosfātu formās (GMP, GDP un GTP) piedalās tādos procesos kā enerģijas metabolisms, intracelulārā signāla tulkošana, fotoreceptoru fizioloģija. un vezikulu saplūšana.

Ķīmiskā struktūra

Guanīna (2-amino-6-hidroksipurīns) ķīmiskā struktūra ir heterociklisks purīna gredzens, kas sastāv no divu savstarpēji saistītu gredzenu sistēmas: viens gredzens ir pirimidīns, bet otrs - gida imidazols.

Guanīna heterocikliskais gredzens ir plakans ar dažām konjugētām dubultsaitēm. Turklāt starp C-1 un N-6 grupām ir divas tautomēriskas formas, keto un enola formas.

raksturojums

Gvanīna īpašības ir šādas:

- Guanīns ir apolāra viela. Tas nešķīst ūdenī, bet šķīst koncentrētu stipru skābju vai bāzu šķīdumos.

- To var izdalīt kā baltu cietu vielu ar empīrisku formulu C ₅ H ₅ N ₅ O un molekulmasu 151,3 g / mol.

- DNS īpašība absorbēt gaismu pie 260 nm daļēji ir saistīta ar guanīna ķīmisko struktūru.

- DNS sastāvā guanīns veido trīs ūdeņraža saites. C-6 karbonilgrupa ir ūdeņraža saites pieņēmēja, N-1 grupa un C-2 aminogrupa ir ūdeņraža saites saites donori.

Šī iemesla dēļ saites sašķelšanai starp guanīnu un citozīnu ir nepieciešams vairāk enerģijas nekā adenīnam ar timīnu, jo pēdējo pāri saista tikai divas ūdeņraža saites.

- Šūnā to vienmēr atrod kā nukleīnskābju daļu vai kā LRP, IKP un GTP, nekad brīvā formā.

Biosintēze

Gvanīna molekula, tāpat kā citi purīni, tiek sintezēta no 5-fosforibosil-1-pirofosfāta (PRPP), izmantojot fermentu katalizētas reakcijas.

Pirmais solis sastāv no aminogrupas pievienošanas, sākot no glutamīna, ar PRPP un veidojas 5-fosforibosilamīns (PRA).

Pēc tam, sakārtotā secībā, PRA pievieno glicīnu, aspartātu, glutamīnu, formiātu un oglekļa dioksīdu. Tādā veidā veidojas starpposma metabolīts, ko sauc par inozīna 5'-monofosfātu (IMP).

Šī procesa laikā no ATP (adenozīna 5'-trifosfāta) hidrolīzes tiek izmantota brīvā enerģija, kas rada ADP (adenozīna 5'-difosfātu) un Pi (neorganisko fosfātu).

IMP oksidācija ir atkarīga no NAD ⁺ (nikotinamīda adenīna dinukleotīds), kas rada ksantīna 5'-monofosfātu (XMP). Turpmākā aminogrupas pievienošana XMP rada guanilāta molekulu.

Guanilāta biosintēzes regulēšana notiek sākumā, kad veidojas PRA, un beigās, kad notiek IMP oksidācija. Regulēšana notiek pēc negatīvas atsauksmes: GMP nukleotīds inhibē fermentus abos posmos.

Nukleotīdu metabolisma sadalīšanās laikā slāpekļa bāzes tiek pārstrādātas. GMP veido ferments hipoksantīna-guanīna fosforibosiltiltransferāze, pārnesot fosribosilgrupu no PRPP uz guanīnu.

Funkcija

Tā kā guanīns nav atrodams brīvā formā, tā funkcijas ir saistītas ar LRP, IKP un GTP. Daži no tiem ir minēti zemāk:

- Guanozīna 5'-trifosfāts (GTP) darbojas kā brīvas enerģijas rezervuārs. GTP gamma fosfātu grupu var pārnest uz adenozīna 5'-trifosfātu (ADP), veidojot ATP. Šī reakcija ir atgriezeniska, un to katalizē nukleozīdu difosfāta kināze.

- GMP ir stabilākā nukleotīda forma, kas satur guanīnu. Veicot hidrolīzi, GMP tulkošanas ceļos veido ciklisku GMP (cGMP), kas ir otrais kurjers intracelulāras signalizācijas laikā. Piemēram, smaržas fotoreceptoru un chemoreceptoru šūnās.

- cGMP piedalās gludās muskulatūras asinsvadu relaksācijā, slāpekļa oksīda biosintēzes laikā endotēlija šūnās.

- GTP gamma fosfāta hidrolīze kalpo kā bezmaksas enerģijas avots olbaltumvielu biosintēzei ribosomās.

- Helikāzes fermentiem ir nepieciešama brīva enerģija no GTP hidrolīzes, lai DNS replikācijas un transkripcijas laikā atdalītu DNS dubultā spirāli.

- Hipokampu neironos sprieguma līmeņa nātrija kanālu darbību regulē GTP hidrolīze līdz IKP.

Saistītās slimības

Augsts urīnskābes līmenis asinīs un urīnā ir saistīts ar trim dažādiem metabolisma defektiem, ko mēs redzēsim tālāk.

Leša-Nīhana sindroms

To raksturo HPRT (hipoksantīna-guanīna fosforibosil-transferāzes) deficīts - ferments, kas ir svarīgs hipoksantīna un guanīna pārstrādei. Šajā gadījumā PRPP līmenis palielinās, un IMP un GMP, divi svarīgi purīna sintēzes sākotnējā posma regulatori, netiek veidoti. Tas viss veicina purīnu de novo biosintēzi.

Paaugstināta PRPP sintāzes aktivitāte

Tas rada PRPP līmeņa paaugstināšanos. Šis metabolīts darbojas kā glutamīna PRPP-amidotranferāzes aktivators, kas ir atbildīgs par 5-fosforiboszilamīna sintēzi, palielinot purīnu de novo biosintēzi.

Von Gierke sindroms

Tā ir I tipa glikogēna glabāšanas slimība.Pacientiem ar šo sindromu ir bojāta glikozes 6-fosfatāze. Tas palielina glikozes 6-fosfāta līmeni, kas kalpo 5-fosfāta ribozes sintēzei, izmantojot pentozes fosfātu.

Ribose 5-fosfāts ir sākuma metabolīts PRPP biosintēzē. Līdzīgi kā divos iepriekšējos gadījumos, tas noved pie purīnu biosintēzes de novo palielināšanās.

Paaugstināta urīnskābes koncentrācija asinīs un urīnā izraisa simptomus, ko parasti sauc par podagru. Lesha Nyhana sindroma gadījumā pacientiem pilnīgi trūkst HPRP enzīma aktivitātes, kas izraisa citu simptomu izpausmi, ieskaitot paralīzi un garīgo atpalicību.

HPRP gēns atrodas X hromosomā, tāpēc šī gēna mutācijas ietekmē vīriešus. Nav ārstēšanas neiroloģisko problēmu ārstēšanai. Simptomus, kas saistīti ar paaugstinātu urīnskābes līmeni, ārstē ar allopurinolu.

Atsauces

1. Dawson, R. et al. 1986. Bioķīmisko pētījumu dati. Clarendon Press, Oksforda.
2. Hortons, R; Morāns, L; Scrimgeour, G; Perijs, M. un Rauns, D. 2008. Bioķīmijas principi. 4. izdevums. Pīrsona izglītība.
3. Matjūss, Van Holde, Aherns. 2001. Bioķīmija. 3. izdevums.
4. Murray, R; Granners, D; Mayes, P. and Rodwell, V. 2003. Harpera ilustrētā bioķīmija. 26. izdevums. McGraw-Hill uzņēmumi.
5. Nelsons, DL un Kokss, M. 1994. Lehninger. Bioķīmijas principi. 4. izdevums. Eds Omega.
6. Sigma-Aldrihs. 2019. Guanīna ķīmiskā lapa. Web plaša Web adrese: sigmaaldrich.com.