Циклический ГМФ , гуанозинмонофосфат также известный как циклический гуанозинмонофосфат или гуанозин 3», 5'-монофосфат представляет собой нуклеотидный участвует в многочисленных процессах циклических клеток, особенно те , которые связаны сигнализации и межклеточная связь.
Впервые он был описан более 40 лет назад, вскоре после открытия его аналога, циклического АМФ, который отличается от него азотистым основанием, так как это нуклеотид не гуанина, а аденина.
Химическая структура циклического гуанозинмонофосфата или GMP (Источник: en: User: Diberri via Wikimedia Commons)
Как и другие циклические нуклеотиды, такие как вышеупомянутый циклический AMP или циклический CTP (циклический цитидинмонофосфат), структура циклического GMP имеет решающее значение для его химических свойств и биологической активности, а также делает его более стабильным, чем его аналог.
Этот нуклеотид продуцируется ферментом, известным как гуанилилциклаза, и способен запускать сигнальные каскады циклических протеинкиназ, зависимых от GMP, аналогично циклическому AMP.
Он был описан не только у млекопитающих, которые являются очень сложными животными, но и у простейших прокариот, входящих в царство эубактерий и архей. Его присутствие в растениях до сих пор остается предметом споров, но данные свидетельствуют о том, что в этих организмах он отсутствует.
Формирование и деградация
Внутриклеточная концентрация нуклеотидов циклического гуанина, а также аденина чрезвычайно низка, особенно по сравнению с их нециклическими аналогами, которые являются моно-, ди- или трифосфатными.
Однако уровни этого нуклеотида можно выборочно изменять в присутствии определенных гормональных стимулов и других факторов, которые действуют как первичные посредники.
Метаболизм циклического GMP частично не зависит от метаболизма циклического AMP и других аналогичных нуклеотидов. Он вырабатывается из GTP с помощью ферментной системы, известной как гуанилилциклаза или гуанилатциклаза, которая является частично растворимым ферментом в большинстве тканей.
Ферменты гуанилатциклазы ответственны за «циклизацию» фосфатной группы в положении 5 'остатка сахара (рибозы), вызывая связывание одного и того же фосфата с двумя разными группами ОН в одной и той же молекуле.
Этот фермент очень распространен в тонком кишечнике и легких млекопитающих, и наиболее активный источник находится в сперме одного вида морского ежа. У всех изученных организмов он зависит от двухвалентных ионов марганца, что отличает его от аденилатциклаз, которые зависят от магния или цинка.
Циклическое разложение GMP опосредуется циклическими нуклеотидными фосфодиэстеразами, которые, по-видимому, не являются специфическими, поскольку было показано, что одни и те же ферменты способны использовать как циклический AMP, так и циклический GMP в качестве гидролизуемых субстратов.
Оба процесса, образование и деградация, тщательно контролируются внутриклеточно.
Структура
Структура циклического GMP существенно не отличается от структуры других циклических нуклеотидов. Как следует из названия (гуанозин-3 ', 5'-монофосфат) имеет фосфатную группу, присоединенную к кислороду у углерода в 5' положении рибозного сахара.
Упомянутый сахар рибозы связан одновременно с азотистым основанием гетероциклического гуанинового кольца посредством гликозидной связи с углеродом в положении 1 'рибозы.
Фосфатная группа, которая присоединена к атому кислорода в 5'-положении рибозы, трансформируется через фосфодиэфирную связь, которая возникает между той же фосфатной группой и кислородом углерода в 3'-положении рибозы, таким образом образуя 3'-5'- «транс-слитый» фосфат (3'-5'-транс-слитый фосфат).
Слияние фосфатной группы или ее «циклизация» вызывает увеличение жесткости молекулы, поскольку ограничивает свободное вращение связей в фурановом кольце рибозы.
Как также верно для циклического АМФ, гликозидная связь между гуаниновым кольцом и рибозой и его свобода вращения являются важными структурными параметрами для специфического распознавания циклического GMP.
Характеристики
В отличие от многих и очень разнообразных функций, которые имеют другие аналогичные циклические нуклеотиды, такие как циклический AMP, функция циклического GMP немного более ограничена:
1-Участвует в сигнальных процессах в ответ на световую стимуляцию зрительных пигментов. Его концентрация изменяется из-за активации G-белка, который воспринимает световой стимул и взаимодействует с GMP-зависимой циклической фосфодиэстеразой.
Изменения уровней этого нуклеотида изменяют проницаемость палочковидной мембраны глазной клетки для ионов натрия, вызывая другие изменения, которые прекращают передачу стимула к зрительному нерву.
2-Он выполняет функции в цикле сокращения и расслабления гладких мышц в ответ на оксид азота и другие химические соединения различной природы.
3-Повышение его концентрации из-за реакции на натрийуретические пептиды связано с регулированием движения ионов натрия и воды через клеточные мембраны.
4-У некоторых организмов циклический GMP может конкурировать с циклическим AMP за циклическую нуклеотидфосфодиэстеразу, и добавление циклического GMP может способствовать увеличению концентрации циклического AMP за счет уменьшения его деградации.
5-Бактерии, такие как E. coli, повышают уровень циклического GMP при воздействии хемоаттрактантов, что указывает на то, что этот нуклеотид участвует в процессах передачи сигналов в ответ на эти химические стимулы.
6-Было установлено, что циклический GMP также имеет важное значение в процессах расширения сосудов и эрекции у млекопитающих.
7-Многие ионные каналы ворот (кальций и натрий) регулируются внутриклеточными лигандами, которые специально используют циклический GMP.
Ссылки
- Ботсфорд, Дж. Л. (1981). Циклические нуклеотиды у прокариот. Microbiological Reviews, 45 (4), 620–642.
- Гарретт Р. и Гришем К. (2010). Биохимия (4-е изд.). Бостон, США: Брукс / Коул. CENGAGE Обучение.
- Хардман Дж., Робисон А. и Сазерленд Э. (1971). Циклические нуклеотиды. Ежегодные обзоры по физиологии, 33, 311–336.
- Нельсон, Д. Л., и Кокс, М. М. (2009). Принципы биохимии Ленингера. Omega Editions (5-е изд.).
- Ньютон, Р.П. и Смит, CJ (2004). Циклические нуклеотиды. Фитохимия, 65, 2423-2437.