- Химическая структура
- характеристики
- Биосинтез
- функция
- Сопутствующие заболевания
- Синдром Леша-Найхана
- Повышенная активность PRPP-синтазы
- Синдром фон Гирке
- Ссылки
Гуанин является азотистым основанием , которое служит для биосинтеза гуанилатциклазы монофосфата и 5'-5'-монофосфата в deoxiguanilato. Оба вещества входят в состав РНК и ДНК соответственно, хранящих генетическую информацию клеток.
Рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) состоят из нуклеотидов, которые состоят из азотистого основания, присоединенного к сахару, и фосфатной группы.
Источник: NEUROtiker
Гуанин, помимо того, что он входит в состав нуклеиновых кислот, в форме нуклеозидов, монофосфата, дифосфата и трифосфата (GMP, GDP и GTP) участвует в таких процессах, как энергетический метаболизм, трансляция внутриклеточного сигнала, физиология фоторецепторов. и слияние пузырьков.
Химическая структура
По химической структуре гуанин (2-амино-6-гидроксипурин) представляет собой гетероциклическое пуриновое кольцо, состоящее из системы двух связанных колец: одно кольцо представляет собой пиримидин, а другое кольцо - имидазол.
Гетероциклическое кольцо гуанина плоское с некоторыми сопряженными двойными связями. Кроме того, он имеет две таутомерные формы, кето и енольную, между группами C-1 и N-6.
характеристики
Характеристики гуанина следующие:
- Гуанин - неполярное вещество. Он не растворим в воде, но растворим в концентрированных растворах сильных кислот или оснований.
- Его можно выделить в виде белого твердого вещества с эмпирической формулой C 5 H 5 N 5 O и молекулярной массой 151,3 г / моль.
- Свойство ДНК поглощать свет на длине волны 260 нм частично связано с химической структурой гуанина.
- В ДНК гуанин образует три водородные связи. Карбонильная группа C-6 является акцептором водородной связи, группа N-1 и аминогруппа C-2 являются донорами водородной связи.
По этой причине для разрыва связи между гуанином и цитозином требуется больше энергии, чем между аденином и тимином, поскольку последняя пара связана только двумя водородными связями.
- В клетке он всегда присутствует в составе нуклеиновых кислот или в виде GMP, GDP и GTP, а не в свободной форме.
Биосинтез
Молекула гуанина, как и другие пурины, синтезируется de novo из 5-фосфорибозил-1-пирофосфата (PRPP) посредством реакций, катализируемых ферментами.
Первая стадия состоит из добавления аминогруппы из глутамина к PRPP и образования 5-фосфорибосиламина (PRA).
Затем в упорядоченной последовательности к PRA происходит добавление глицина, аспартата, глутамина, формиата и диоксида углерода. Таким образом образуется промежуточный метаболит, называемый инозин-5'-монофосфатом (ИМФ).
Во время этого процесса используется свободная энергия от гидролиза АТФ (аденозин-5'-трифосфат), в результате чего образуется АДФ (аденозин-5'-дифосфат) и Pi (неорганический фосфат).
Окисление IMP зависит от NAD + (никотинамидадениндинуклеотид) с образованием ксантин-5'-монофосфата (XMP). Последующее добавление аминогруппы к XMP дает молекулу гуанилата.
Регуляция биосинтеза гуанилата происходит вначале, когда образуется PRA, и в конце, когда происходит окисление IMP. Регулирование происходит посредством отрицательной обратной связи: нуклеотид GMP ингибирует ферменты на обеих стадиях.
Во время метаболической деградации нуклеотидов азотистые основания рециркулируют. GMP образуется ферментом гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансферазой, переносящим фосрибозильную группу с PRPP на гуанин.
функция
Поскольку гуанин не встречается в свободном виде, его функции связаны с GMP, GDP и GTP. Некоторые из них упомянуты ниже:
- Гуанозин-5'-трифосфат (ГТФ) действует как резервуар свободной энергии. Гамма-фосфатная группа GTP может быть перенесена на аденозин-5'-трифосфат (ADP) с образованием ATP. Эта реакция обратима и катализируется нуклеозиддифосфаткиназой.
- GMP - наиболее стабильная форма нуклеотида, содержащего гуанин. В результате гидролиза GMP образует циклический GMP (cGMP), который является вторым посредником во время внутриклеточной передачи сигналов в путях трансляции. Например, в фоторецепторных и хеморецепторных клетках обоняния.
- ЦГМФ участвует в расслаблении кровеносных сосудов гладкой мускулатуры во время биосинтеза оксида азота в эндотелиальных клетках.
- Гидролиз гамма-фосфата GTP служит источником свободной энергии для биосинтеза белка в рибосомах.
- Ферментам хелликазы требуется свободная энергия от гидролиза GTP для разделения двойной спирали ДНК во время репликации и транскрипции ДНК.
- В нейронах гиппокампа действие потенциал-управляемых натриевых каналов регулируется гидролизом GTP до GDP.
Сопутствующие заболевания
Высокий уровень мочевой кислоты в крови и моче связан с тремя различными метаболическими нарушениями, которые мы увидим ниже.
Синдром Леша-Найхана
Он характеризуется дефицитом HPRT (гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансферазы), фермента, важного для рециркуляции гипоксантина и гуанина. В этом случае уровни PRPP повышаются, а IMP и GMP, два важных регулятора начальной стадии синтеза пурина, не образуются. Все это способствует биосинтезу пуринов de novo.
Повышенная активность PRPP-синтазы
Это приводит к увеличению уровней PRPP. Этот метаболит действует как активатор глутамин-PRPP-амидотранферазы, который отвечает за синтез 5-фосфорибозиламина, увеличивая биосинтез пуринов de novo.
Синдром фон Гирке
Это заболевание, связанное с накоплением гликогена типа I. Пациенты с этим синдромом имеют дефектную глюкозо-6-фосфатазу. Это приводит к увеличению уровня глюкозо-6-фосфата, который служит для синтеза рибозо-5-фосфата через пентозофосфат.
Рибозо-5-фосфат является исходным метаболитом для биосинтеза PRPP. Как и в двух предыдущих случаях, это приводит к увеличению биосинтеза пуринов de novo.
Повышенное содержание мочевой кислоты в крови и моче вызывает симптомы, обычно известные как подагра. В случае синдрома Леша-Найхана у пациентов полностью отсутствует активность фермента HPRP, что приводит к проявлению других симптомов, включая паралич и умственную отсталость.
Ген HPRP находится на хромосоме X. Следовательно, мутации в этом гене затрагивают мужчин. Не существует лечения неврологических проблем. Симптомы, связанные с повышенным содержанием мочевой кислоты, лечат аллопуринолом.
Ссылки
- Доусон, Р. и др. 1986. Данные для биохимических исследований. Кларендон Пресс, Оксфорд.
- Horton, R; Моран, L; Скримджер, G; Перри, М. и Рон, Д. 2008. Принципы биохимии. 4-е издание. Pearson Education.
- Мэтьюз, Ван Холд, Ахерн. 2001. Биохимия. 3-е издание.
- Мюррей, Р. Граннер, Д; Мэйс, П. и Родуэлл, В. 2003. Иллюстрированная биохимия Харпера. 26-е издание. Компании McGraw-Hill.
- Нельсон, Д.Л. и Кокс, М. 1994. Ленингер. Принципы биохимии. 4-е издание. Эд Омега.
- Sigma-Aldrich. 2019. Химический список гуанина. Адрес в Интернете: sigmaaldrich.com.