A guanozin-trifoszfát vagy guanozin-trifoszfát (GTP) egy a sok olyan nukleotid közül, amely képes tárolni a foszfátmentes energiát, könnyen felhasználható több biológiai funkcióhoz.
Más rokon foszfát-nukleotidokkal ellentétben, amelyek rendszerint biztosítják a szükséges energiát a különféle sejtekkel kapcsolatos folyamatok széles skálájának végrehajtásához, egyes szerzők kimutatták, hogy olyan nukleotidok, mint a GTP, UTP (uridin-trifoszfát) és CTP (citidin-trifoszfát), főként anabolikus folyamatok.
A guanozin-trifoszfát vagy a GTP kémiai szerkezete (Forrás: Cacycle, a Wikimedia Commons segítségével)
Ebben az értelemben Atkinson (1977) azt sugallja, hogy a GTP olyan funkciókkal rendelkezik, amelyek számos anabolikus folyamat aktiválását foglalják magukban különböző mechanizmusok révén, amit mind in vitro, mind in vivo rendszerekben kimutattak.
A kötéseiben levő energiát, különösen a foszfátcsoportok között, felhasználják bizonyos sejtfolyamatok vezetésére, különösen a szintézisben. Erre példa a fehérje szintézis, a DNS replikáció és az RNS transzkripció, a mikrotubulus szintézis stb.
Szerkezet
Mint az adenin nukleotidokra (ATP, ADP és AMP), a GTP alapvető szerkezete három vitathatatlan elemből áll:
-A heterociklusos guanin gyűrű (purin)
- öt szén alapú cukor, ribóz (furángyűrű) és
-Három foszfátcsoport kapcsolódik
A GTP első foszfátcsoportja a ribózcukor 5 'szénéhez kapcsolódik, és a guaninmaradék ehhez a molekulahoz kapcsolódik a ribofuranóz gyűrű 1' szénén keresztül.
Biokémiai szempontból ez a molekula guanozin-5'-trifoszfát, amelyet jobban purin-trifoszfátnak, vagy kémiai nevükben 9-β-D-ribofuranosilguanine-5'-trifoszfátnak neveznek.
Szintézis
A GTP sok eukariótában de novo-ban szintetizálható inozinsavból (inozin-5'-monofoszfát, IMP), a purinek szintéziséhez használt ribonukleotidok egyikének, amelyek a nitrogénbázisok két típusának egyike A DNS-t és más molekulákat elkészítik.
Ez az inozinsav-vegyület fontos ágpont nem csupán a purinek szintézisében, hanem az ATP és GTP foszfát nukleotidok szintézisében is.
A guanozin-foszfát nukleotidok (GMP, GDP és GTP: guanozin mono-, di- és trifoszfát) szintézise az IMP purin gyűrűjének NAD + -függő hidroxilációjával kezdődik, és így a xantoszine monofoszfát (XMP) közbenső vegyületet képezi..
Ezt a reakciót egy IMP dehidrogenáz néven ismert enzim katalizálja, amelyet allikusan a GMP szabályoz.
Az amidcsoportot ezután az így előállított XMP-be (glutamin- és ATP-függő reakció) továbbítják az XMP-amináz enzim hatására, ahol guanozin-monofoszfát vagy GMP molekula képződik.
Mivel a legaktívabb nukleotidok általában a trifoszfát nukleotidok, vannak enzimek, amelyek felelősek a foszfátcsoportok GMP-molekulákba történő átviteléért, amelyeket az éppen leírt módon állítanak elő.
Ezek az enzimek specifikus ATP-függő kinázok (kinázok), amelyek guanilát-kinázokként és nukleozid-difoszfokinázokként ismertek.
A guanilát-ciklázok által katalizált reakcióban az ATP foszfát-donorként működik a GMP GDP-re és ATP-re történő átalakításában:
GMP + ATP → GDP + ADP
Ezt követően a guanin-difoszfát nukleotidot (GDP) használják szubsztrátumként egy nukleozid difoszfokináz számára, amely szintén az ATP-t foszfát-donorként használja a GDP GTP-re történő átalakításához:
GDP + ATP → GTP + ADP
Szintézis más útvonalon
A de novo bioszintézis útvonalon kívül számos olyan celluláris metabolikus útvonal is képes GTP előállítására. Ezek általában a különféle forrásokból származó foszfátcsoportoknak a GMP és a GDP prekurzorok felé történő átvitelével történik.
Jellemzők
A GTP, mint az ATP-hez analóg nukleotid-foszfát, számtalan funkcióval rendelkezik sejt szinten:
- Részt vesz a mikrotubulusok növekedésében, amelyek üreges csövek, amelyek „tubulin” néven ismert proteinből állnak, és amelyek polimerjei képesek a GTP hidrolizálására, ami elengedhetetlen annak meghosszabbításához vagy növekedéséhez.
-Ez alapvető tényező a G-fehérjék vagy a GTP-kötő fehérjék számára, amelyek mediátorként funkcionálnak a különböző szignál-transzdukciós folyamatokban, amelyek viszont kapcsolódnak a ciklikus AMP-hez és annak jelátviteli kaszkádjaihoz.
Ezek a jelző folyamatok a sejt és a környezet, valamint a belső organellák kommunikációját eredményezik egymással, és különösen fontosak a hormonokban kódolt utasítások és az emlősök más fontos tényezőinek végrehajtásában.
A sejt számára nagy jelentőséggel bíró ezen jelátviteli útvonalak példája az adenilát-cikláz enzim szabályozása egy G-fehérjével való kölcsönhatása révén.
Jellemzők
A GTP számos olyan funkcióval rendelkezik, amelyeket in vitro kísérletekkel bizonyítottak "sejtmentes" rendszerekben. Ezekből a kísérletekből bebizonyítható, hogy aktívan részt vesz a következőkben:
-Proteinszintézis eukariótaban (mind a peptidek iniciálásához, mind meghosszabbításához)
-A fehérje glikozilációjának stimulálása
-A riboszómális RNS szintézise prokariótákban és eukariótákban
-Foszfolipidek szintézise, különösen a diacil-glicerin szintézise során
Bizonyos funkciók
Más kísérletek, de sejtes vagy in vivo rendszerekben bizonyították a GTP részvételét az alábbi folyamatokban:
- Különböző osztályú mikroorganizmusok, prokarióták és eukariótok spóráinak szaporodása és aktiválása
-Riboszómális RNS szintézise eukariótákban
-Többek közt.
Azt is javasolták, hogy a normál sejtekről a rákos sejtekre mutató onkogén fejlődés magában foglalja a sejtnövekedés és -szaporodás feletti ellenőrzés elvesztését, ahol sok GTP-kötő protein és specifikus GTP-függő aktivitással rendelkező protein-kináz vesz részt.
A GTP stimuláló hatással van a fehérjéknek a mitokondriális mátrixba történő behozatalára is, amely közvetlenül kapcsolódik annak hidrolíziséhez (a mitokondriális fehérjék több mint 90% -át riboszómák szintetizálják a citoszolban).
Irodalom
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Alapvető sejtbiológia. Abingdon: Garland Science, Taylor és Francis csoport.
- Mathews, C., van Holde, K., és Ahern, K. (2000). Biokémia (3. kiadás). San Francisco, Kalifornia: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: A sejtinabolizmus központi szabályozója. B. Horecker és E. Stadtman (szerk.), A celluláris szabályozás aktuális témái (25. kötet, 183. o.). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biokémia. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
- Sepuri, NB V., Schu, N., és Pain, D. (1998). A GTP hidrolízise elengedhetetlen a fehérjéknek a mitokondriumi mátrixba történő behozatalához. The Journal of Biological Chemistry, 273 (3), 1420–1424.