Гуанозинтрифосфат или гуанозинтрифосфат (GTP) является одним из многих нуклеотидов , способных хранить фосфатную свободную энергию легко используемую для нескольких биологических функций.
В отличие от других родственных фосфатных нуклеотидов, которые обычно обеспечивают необходимую энергию для выполнения широкого спектра процессов в различных клеточных контекстах, некоторые авторы показали, что нуклеотиды, такие как GTP, UTP (уридинтрифосфат) и CTP (цитидинтрифосфат), обеспечивают энергию в основном для анаболические процессы.
Химическая структура гуанозинтрифосфата или GTP (Источник: Cacycle, через Wikimedia Commons)
В этом смысле Аткинсон (1977) предполагает, что GTP выполняет функции, которые включают активацию многих анаболических процессов через различные механизмы, что было продемонстрировано как в системах in vitro, так и in vivo.
Энергия, содержащаяся в их связях, особенно между фосфатными группами, используется для управления некоторыми клеточными процессами, особенно участвующими в синтезе. Примерами этого являются синтез белка, репликация ДНК и транскрипция РНК, синтез микротрубочек и т. Д.
Структура
Как и в случае адениновых нуклеотидов (АТФ, АДФ и АМФ), GTP имеет в своей базовой структуре три неоспоримых элемента:
-Гетероциклическое гуаниновое кольцо (пурин)
-Пятиуглеродный базовый сахар, рибоза (фурановое кольцо) и
-Три присоединены фосфатные группы
Первая фосфатная группа GTP присоединена к 5 'атому углерода рибозного сахара, а остаток гуанина присоединен к этой молекуле через 1' атом углерода рибофуранозного кольца.
С биохимической точки зрения эта молекула представляет собой гуанозин-5'-трифосфат, лучше описываемый как пуринтрифосфат или, с его химическим названием, 9-β-D-рибофуранозилгуанин-5'-трифосфат.
Синтез
GTP может быть синтезирован de novo у многих эукариот из инозиновой кислоты (инозин-5'-монофосфат, IMP), одного из рибонуклеотидов, используемых для синтеза пуринов, которые являются одним из двух типов азотистых оснований, в которых Составлены ДНК и другие молекулы.
Это соединение, инозиновая кислота, является важной точкой разветвления не только для синтеза пуринов, но также для синтеза нуклеотидов фосфата АТФ и ГТФ.
Синтез гуанозинфосфатных нуклеотидов (GMP, GDP и GTP: моно-, ди- и трифосфат гуанозина, соответственно) начинается с NAD + -зависимого гидроксилирования пуринового кольца IMP с образованием промежуточного соединения ксантозинмонофосфат (XMP) ,
Эта реакция катализируется ферментом, известным как дегидрогеназа IMP, который аллостерически регулируется GMP.
Затем амидная группа переносится на продуцируемый таким образом ХМР (глутамин и АТФ-зависимая реакция) под действием фермента ХМР-аминазы, при котором образуется молекула гуанозинмонофосфата или GMP.
Поскольку наиболее активными нуклеотидами, как правило, являются трифосфатные нуклеотиды, существуют ферменты, ответственные за перенос фосфатных групп в молекулы GMP, которые образуются только что описанным путем.
Эти ферменты представляют собой специфические АТФ-зависимые киназы (киназы), известные как гуанилаткиназы и нуклеозиддифосфокиназы.
В реакции, катализируемой гуанилатциклазами, АТФ действует как донор фосфата для преобразования GMP в GDP и ATP:
GMP + ATP → GDP + ADP
Нуклеотид гуаниндифосфата (GDP) впоследствии используется в качестве субстрата для нуклеозиддифосфокиназы, которая также использует АТФ в качестве донора фосфата для преобразования GDP в GTP:
ВВП + АТФ → ГТФ + АДФ
Синтез другими путями
Есть много путей клеточного метаболизма, способных производить ГТФ, помимо биосинтетического пути de novo. Обычно это происходит за счет переноса фосфатных групп, поступающих из разных источников, на прекурсоры GMP и GDP.
Характеристики
GTP, как нуклеотидфосфат, аналогичный АТФ, выполняет бесчисленное количество функций на клеточном уровне:
- Участвует в росте микротрубочек, которые представляют собой полые трубки, состоящие из белка, известного как «тубулин», полимеры которого обладают способностью гидролизовать GTP, что важно для его удлинения или роста.
-Это важный фактор для G-белков или GTP-связывающих белков, которые действуют как медиаторы в различных процессах передачи сигналов, которые, в свою очередь, связаны с циклическим АМФ и его сигнальными каскадами.
Эти процессы передачи сигналов приводят к коммуникации клетки с окружающей средой и ее внутренних органелл друг с другом, и особенно важны для выполнения инструкций, закодированных в гормонах и других важных факторах у млекопитающих.
Примером этих сигнальных путей, имеющих большое значение для клетки, является регуляция фермента аденилатциклазы посредством его взаимодействия с G-белком.
Характеристики
GTP имеет множество функций, которые были продемонстрированы в экспериментах in vitro в «бесклеточных» системах. Из этих экспериментов можно было продемонстрировать, что он активно участвует в:
-Синтез белка у эукариот (как для инициации, так и для удлинения пептидов)
-Стимуляция гликозилирования белков
-Синтез рибосомальной РНК у прокариот и эукариот
-Синтез фосфолипидов, особенно при синтезе диацилглицерина.
Определенные функции
Другие эксперименты, но в клеточных системах или in vivo, доказали участие GTP в таких процессах, как:
-Споруляция и активация спор различных классов микроорганизмов, прокариот и эукариот
-Синтез рибосомальной РНК у эукариот
-Среди прочего.
Также было высказано предположение, что онкогенный прогресс от нормальных клеток к раковым включает потерю контроля над ростом и пролиферацией клеток, в которой участвуют многие GTP-связывающие белки и протеинкиназы со специфической GTP-зависимой активностью.
GTP также оказывает стимулирующее действие на импорт белков в матрикс митохондрий, что напрямую связано с его гидролизом (более 90% митохондриальных белков синтезируются рибосомами в цитозоле).
Ссылки
- Альбертс, Б., Деннис, Б., Хопкин, К., Джонсон, А., Льюис, Дж., Рафф, М., … Уолтер, П. (2004). Эссенциальная клеточная биология. Абингдон: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Мэтьюз, К., ван Холде, К., и Ахерн, К. (2000). Биохимия (3-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния: Пирсон.
- Полл, М. (1985). GTP: центральный регулятор клеточного анаболизма. В B. Horecker & E. Stadtman (Eds.), Current Topics in Cellular Regulation (Vol. 25, p. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Биохимия. Берлингтон, Массачусетс: Нил Паттерсон Паблишерс.
- Сепури, Н.Б. В., Шу, Н., и Пейн, Д. (1998). Гидролиз GTP необходим для импорта белка в митохондриальный матрикс. Журнал биологической химии, 273 (3), 1420–1424.