GUANIN: JELLEMZŐK, SZERKEZET, KIALAKULÁS ÉS FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2025

A guanin egy nitrogénbázis, amely a guanilát-monofoszfát és az 5'-5'-monofoszfát bioszintéziséhez szolgál a deoxiguanilato-ban. Mindkét anyag az RNS, illetve a DNS része, amelyek a sejtek genetikai információit tárolják.

A ribonukleinsavat (RNS) és a dezoxiribonukleinsavat (DNS) nukleotidok alkotják, amelyek egy cukorhoz és egy foszfátcsoporthoz kapcsolódó nitrogénbázisból állnak.

Forrás: NEUROtiker

A guanin a nukleinsavak részét képező nukleozidok formájában (monofoszfát, difoszfát és trifoszfát) (GMP, GDP és GTP) részt vesz olyan folyamatokban, mint az energiametabolizmus, az intracelluláris jel fordítása, a fotoreceptorok fiziológiája. és hólyagos fúzió.

Kémiai szerkezet

A guanin (2-amino-6-hidroxi-purin) kémiai szerkezete egy heterociklusos puringyűrű, amely két összekapcsolt gyűrű rendszeréből áll: az egyik gyűrű pirimidin és a másik gyűrű imidazol.

A guanin heterociklusos gyűrűje lapos, néhány konjugált kettős kötéssel. Ezenkívül két tautomer formája van, a keto és az enol formák a C-1 és N-6 csoportok között.

jellemzők

A guanin tulajdonságai a következők:

- A guanin apoláris anyag. Vízben nem oldódik, de erős savak vagy bázisok koncentrált oldatában oldódik.

- Meg lehet különítünk el fehér szilárd anyag formájában, empirikus képlete C ₅ H ₅ N ₅ O, és a molekulatömeg 151,3 g / mol.

- A DNS tulajdonsága, hogy a fényt elnyeli a 260 nm-en, részben a guanin kémiai szerkezetének tudható be.

- A DNS-ben a guanin három hidrogénkötést képez. A C-6 karbonilcsoport hidrogénkötés-elfogadó, az N-1-csoport és a C-2-aminocsoport hidrogénkötés-donorok.

Ezért több energiát igényel a guanin és a citozin közötti kötés megszakítása, mint az adenin és a timin között, mivel az utóbbi párt csak két hidrogénkötés köti össze.

- A sejtben mindig nukleinsavak részeként vagy GMP, GDP és GTP formájában található meg, soha nem szabad formájában.

bioszintézise

A guanin-molekulát, más purinekhez hasonlóan, de novo-ban 5-foszforibozil-1-pirofoszfátból (PRPP) szintetizálják enzimek által katalizált reakciók útján.

Az első lépés egy aminocsoport hozzáadása, a glutamintól a PRPP-hez, és 5-foszforiboszilamin (PRA) képződik.

Ezt követően, rendezett sorrendben, glicint, aszpartátot, glutamint, formiátot és szén-dioxidot adnak a PRA-hoz. Ily módon egy közbenső metabolit alakul ki, amelyet inozin-5'-monofoszfátnak (IMP) hívnak.

E folyamat során az ATP (adenozin-5'-trifoszfát) hidrolíziséből szabad energiát használnak fel, amely ADP-t (adenozin-5'-difoszfát) és Pi (szervetlen foszfát) termel.

Az IMP oxidációja a NAD ⁺ -tól (nikotinamid-adenin-dinukleotid) függ, xantin-5'-monofoszfátot (XMP) állítva elő. Az aminocsoport későbbi hozzáadása az XMP-hez guanilát molekulát eredményez.

A guanilát-bioszintézis szabályozása az elején, amikor a PRA kialakul, és a végén, amikor az IMP oxidáció történik. A szabályozás negatív visszacsatoláson keresztül történik: a GMP nukleotid mindkét szakaszban gátolja az enzimeket.

A nukleotidok metabolikus lebomlása során a nitrogénbázisokat újrahasznosítják. A GMP-t a hipoxantin-guanin foszforiboszil-transzferáz enzim képezi, amely egy foszribosilcsoportot a PRPP-ből a guaninba vihet át.

Funkció

Mivel a guanint nem szabad formájában találja meg, funkciói a GMP-vel, a GDP-vel és a GTP-vel társulnak. Néhányat az alábbiakban említik:

- A guanozin-5'-trifoszfát (GTP) szabad energia tárolóként szolgál. A GTP gamma-foszfát-csoportját át lehet vinni az adenozin-5'-trifoszfátra (ADP), hogy ATP-t képezzen. Ez a reakció visszafordítható, és nukleozid-difoszfát-kináz katalizálja.

- A GMP a guanint tartalmazó nukleotid legstabilabb formája. A hidrolízissel a GMP ciklikus GMP-t (cGMP) képez, amely egy második hírvivő az intracelluláris jelátvitel során a transzlációs útvonalakban. Például a fotoreceptor és a kemoreceptor szagsejtjeiben.

- A cGMP részt vesz a simaizom erek relaxációjában, a nitrogén-monoxid bioszintézise során az endotélium sejtjeiben.

- A GTP gamma-foszfát hidrolízise szabad energiaforrásként szolgál a protein bioszintézishez riboszómákban.

- A hellikáz enzimeknek szabad energiára van szükségük a GTP hidrolíziséből a DNS kettős spiráljának elválasztásához, a DNS replikáció és transzkripció során.

- A hippokampusz neuronjain a feszültségfüggő nátriumcsatornák működését a GTP GDP-hez történő hidrolízise szabályozza.

Kapcsolódó betegségek

A vérben és a vizeletben a magas húgysavszint három különféle anyagcsere-hibával jár, amelyeket alább látunk.

Lesch-Nyhan-szindróma

Jellemzője a HPRT (hipoxantin-guanin-foszforibozil-transzferáz) hiánya, ez az enzim a hipoxantin és a guanin újrahasznosításához fontos. Ebben az esetben a PRPP szintje növekszik, és nem alakul ki az IMP és a GMP, a purin szintézis kezdeti szakaszának két fontos szabályozója. Mindez a purinek de novo bioszintézisét támogatja.

Megnövekedett PRPP szintáz aktivitás

Ez növeli a PRPP szintet. Ez a metabolit a glutamin PRPP-amidotranszferáz aktivátorként működik, amely felelős az 5-foszforiboszil-amin szintézisében, fokozva a purinek de novo bioszintézisét.

Von Gierke szindróma

Ez egy I. típusú glikogén tárolással kapcsolatos betegség, amelynek szindrómás betegei hibás glükóz-6-foszfatázzal rendelkeznek. Ez növeli a glükóz-6-foszfát szintjét, amely pentóz-foszfáton keresztül szolgál a ribóz-5-foszfát szintéziséhez.

A ribóz-5-foszfát a PRPP bioszintézisének kiindulási metabolitja. A két korábbi esethez hasonlóan ez növeli a purinek de novo bioszintézisét.

A megnövekedett húgysavszint a vérben és a vizeletben olyan tüneteket okoz, amelyeket általában köszvénynek hívnak. Lesch Nyhan-szindróma esetén a betegekben hiányzik a HPRP enzim aktivitása, ami más tünetek megnyilvánulásához vezet, beleértve bénulást és mentális retardációt.

A HPRP gén az X kromoszómán található, ezért ezen gén mutációi befolyásolják a férfiakat. Nincs kezelés neurológiai problémák kezelésére. A megnövekedett húgysavval járó tüneteket allopurinollal kezelik.

Irodalom

1. Dawson, R. és munkatársai. 1986. Biokémiai kutatási adatok. Clarendon Press, Oxford.
2. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. és Rawn, D. 2008. Biokémiai alapelvek. 4. kiadás. Pearson oktatás.
3. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biokémia. 3. kiadás.
4. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. és Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. 26. kiadás. McGraw-Hill társaságok.
5. Nelson, DL és Cox, M., 1994. Lehninger. A biokémia alapelvei. 4. kiadás. Ed Omega.
6. Sigma-Aldrich. 2019. Guanine Chemical Sheet. Széles webcím: sigmaaldrich.com.