Guanozīna trifosfāts vai guanozīna trifosfāts (GTP) ir viens no daudziem nukleotīdiem, kas spēj uzkrāt fosfāta brīvās enerģijas viegli izmantojamas vairākām bioloģiskajām funkcijām.
Atšķirībā no citiem radniecīgiem fosfātu nukleotīdiem, kas parasti nodrošina nepieciešamo enerģiju visdažādāko procesu veikšanai dažādos šūnu kontekstos, daži autori ir parādījuši, ka tādi nukleotīdi kā GTP, UTP (uridīna trifosfāts) un CTP (citidīna trifosfāts) nodrošina enerģiju galvenokārt anaboliskie procesi.
Guanozīna trifosfāta vai GTP ķīmiskā struktūra (Avots: Cacycle, izmantojot Wikimedia Commons)
Šajā ziņā Atkinsons (1977) norāda, ka GTP ir funkcijas, kas ietver daudzu anabolisko procesu aktivizēšanu, izmantojot dažādus mehānismus, kas ir pierādīts gan in vitro, gan in vivo sistēmās.
Enerģija, kas atrodas tās saitēs, it īpaši starp fosfātu grupām, tiek izmantota, lai virzītu dažus šūnu procesus, kas īpaši saistīti ar sintēzi. To piemēri ir olbaltumvielu sintēze, DNS replikācija un RNS transkripcija, mikrotubulu sintēze utt.
Uzbūve
Kā tas attiecas uz adenīna nukleotīdiem (ATP, ADP un AMP), GTP pamata struktūrā ir trīs neapstrīdami elementi:
-Heterociklisks guanīna gredzens (purīns)
- piecu oglekļa bāzes cukurs, riboze (furāna gredzens) un
-Pievienotas trīs fosfātu grupas
Pirmā GTP fosfātu grupa ir pievienota ribozes cukura 5 'ogleklim, un guanīna atlikums ir pievienots šai molekulai caur ribofuranozes gredzena 1' oglekli.
Bioķīmiskajā izteiksmē šī molekula ir guanosīna 5'-trifosfāts, kuru labāk raksturo kā purīna trifosfātu vai ar tā ķīmisko nosaukumu 9-β-D-ribofuranosilguanine-5'-trifosfāts.
Sintēze
GTP daudzos eikariotos var sintezēt no inozīnskābes (inozīna 5'-monofosfāta, IMP) - viena no ribonukleotīdiem, ko izmanto purīnu sintēzē, kas ir viens no diviem slāpekļa bāzu veidiem, no kuriem Tiek veidotas DNS un citas molekulas.
Šis savienojums, inozīnskābe, ir svarīgs atzarojums ne tikai purīnu, bet arī fosfātu nukleotīdu ATP un GTP sintēzē.
Guanozīna fosfāta nukleotīdu (attiecīgi GMP, GDP un GTP: sintēze) attiecīgi sākas ar IMP purīna gredzena NAD + atkarīgu hidroksilēšanu, veidojot starpposma savienojumu ksantosīna monofosfātu (XMP) no NAD + atkarīgu hidroksilēšanu no NAD +. .
Šo reakciju katalizē ferments, kas pazīstams kā IMP dehidrogenāze un kuru allosteriski regulē LRP.
Pēc tam amīdu grupu pārnes uz šādi iegūto XMP (no glutamīna un no ATP atkarīgā reakcija), izmantojot fermenta XMP amināzi, kur tiek iegūta guanosīna monofosfāta vai GMP molekula.
Tā kā visaktīvākie nukleotīdi parasti ir trifosfāta nukleotīdi, ir fermenti, kas ir atbildīgi par fosfātu grupu pārnešanu uz GMP molekulām, kas rodas tikko aprakstītajā veidā.
Šie fermenti ir specifiskas no ATP atkarīgas kināzes (kināzes), kas pazīstamas kā guanilāta kināzes un nukleozīdu difosfokināzes.
Reakcijā, ko katalizē guanilāta ciklāzes, ATP darbojas kā fosfāta donors, lai pārveidotu LRP par IKP un ATP:
GMP + ATP → IKP + ADP
Guanīna difosfāta nukleotīds (IKP) pēc tam tiek izmantots kā nukleozīdu difosfokināzes substrāts, kurā arī ATP izmanto kā fosfāta donoru, lai pārveidotu IKP par GTP:
IKP + ATP → GTP + ADP
Sintēze ar citiem ceļiem
Ir daudz šūnu metabolisma ceļu, kas spēj radīt GTP, izņemot de novo biosintētisko ceļu. Parasti viņi to dara, pārnesot fosfātu grupas no dažādiem avotiem uz LRP un IKP prekursoriem.
Iespējas
GTP kā nukleotīdu fosfātam, kas ir analogs ATP, ir neskaitāmas funkcijas šūnu līmenī:
- piedalās mikrotubulu, kas ir dobas caurules, kas sastāv no olbaltumvielām, kuras sauc par “tubulīnu”, augšanā, kuru polimēriem ir spēja hidrolizēt GTP, kas ir svarīgi to pagarināšanai vai augšanai.
-Tas ir būtisks faktors G proteīniem vai GTP saistošiem proteīniem, kas darbojas kā starpnieki dažādos signālu pārvades procesos, kas savukārt ir saistīti ar ciklisko AMP un tā signālu kaskādēm.
Šie signalizācijas procesi rada šūnas saziņu ar apkārtējo vidi un iekšējiem organelliem savā starpā, un tie ir īpaši svarīgi, lai izpildītu instrukcijas, kas kodētas hormonos, un citus svarīgus faktorus zīdītājiem.
Šo signalizācijas ceļu, kas ir ļoti svarīgi šūnai, piemērs ir enzīma adenilāta ciklāzes regulēšana caur tās mijiedarbību ar G proteīnu.
Iespējas
GTP ir daudzas funkcijas, kas pierādītas in vitro eksperimentos "bez šūnām" sistēmās. Pēc šiem eksperimentiem ir bijis iespējams parādīt, ka tā aktīvi piedalās:
-Proteīna sintēze eikariotos (gan peptīdu ierosināšanai, gan pagarināšanai)
-Olbaltumvielu glikozilācijas stimulēšana
-Ribosomu RNS sintēze prokariotos un eikariotos
-Fosfolipīdu sintēze, īpaši diacilglicerīna sintēzes laikā
Noteiktas funkcijas
Citi eksperimenti, bet šūnu vai in vivo sistēmās, ir pierādījuši GTP dalību tādos procesos kā:
- Dažādu klašu mikroorganismu, prokariotu un eikariotu sporu spolēšana un aktivizēšana
-Ribosomu RNS sintēze eikariotos
-Starp citiem.
Ir arī ierosināts, ka onkogēnā progresēšana no normālām šūnām līdz vēža šūnām ir saistīta ar kontroles zaudēšanu pār šūnu augšanu un proliferāciju, kur piedalās daudzi GTP saistoši proteīni un proteīnu kināzes ar specifisku no GTP atkarīgu aktivitāti.
GTP ir arī stimulējoša ietekme uz olbaltumvielu importu mitohondriju matricā, kas ir tieši saistīta ar tās hidrolīzi (vairāk nekā 90% mitohondriju olbaltumvielu sintezē ribosomas citosolā).
Atsauces
- Alberts, B., Deniss, B., Hopkins, K., Džonsons, A., Lūiss, J., Rafs, M., … Valters, P. (2004). Būtiskā šūnu bioloģija. Abingdons: Garland Science, Taylor & Francis grupa.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Bioķīmija (3. izd.). Sanfrancisko, Kalifornija: Pīrsons.
- Pall, M. (1985). GTP: centrālais šūnu anabolijas regulators. B. Horekera un E. Stadtmana (Eds.) Pašreizējās tēmas šūnu regulēšanā (25. sēj., 183. lpp.). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Bioķīmija. Burlingtons, Masačūsetsa: Neil Patterson Publishers.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). GTP hidrolīze ir būtiska olbaltumvielu importam mitohondriju matricā. The Journal of Biological Chemistry, 273 (3), 1420–1424.