GUANINE: EGENSKAPER, STRUKTUR, FORMASJON OG FUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

Den guanin er en nitrogenholdig base som tjener for biosyntesen av guanylat-monofosfat og 5'-5'-monofosfat på deoxiguanilato. Begge stoffene er henholdsvis del av RNA og DNA, som lagrer genetisk informasjon om celler.

Ribonukleinsyre (RNA) og deoksyribonukleinsyre (DNA) består av nukleotider, som består av en nitrogenholdig base festet til et sukker og en fosfatgruppe.

Kilde: NEUROtiker

I tillegg til å være en del av nukleinsyrer deltar guanin i sine former for nukleosider monofosfat, difosfat og trifosfater (GMP, BNP og GTP) i prosesser som energimetabolisme, oversettelse av det intracellulære signalet, fysiologien til fotoreseptorer og vesikkelfusjon.

Kjemisk struktur

Den kjemiske strukturen til guanin (2-amino-6-hydroksypurin) er en heterocyklisk purinring, bestående av et system av to koblede ringer: en ring er pyrimidin og den andre ringen er imidazol.

Guanines heterocykliske ring er flat med noen konjugerte dobbeltbindinger. I tillegg har den to taomere former, keto- og enolformene, mellom C-1 og N-6-gruppene.

kjennetegn

Egenskapene til guanin er som følger:

- Guanine er et apolart stoff. Den er uoppløselig i vann, men den er løselig i konsentrerte løsninger av sterke syrer eller baser.

- Det kan isoleres som et hvitt fast stoff, med empirisk formel C ₅ H ₅ N ₅ O, og molekylvekt 151,3 g / mol.

- DNAs egenskap til å absorbere lys ved 260 nm skyldes delvis den kjemiske strukturen til guanin.

- I DNA danner guanin tre hydrogenbindinger. C-6-karbonylgruppen er en hydrogenbindingsakseptor, N-1-gruppen og C-2-aminogruppen er hydrogenbindingsdonorer.

Av denne grunn tar det mer energi å bryte en binding mellom en guanin og et cytosin, enn for en adenin med en timin, siden det sistnevnte par bare er koblet av to hydrogenbindinger.

- I cellen finnes den alltid som en del av nukleinsyrer eller som GMP, BNP og GTP, aldri i sin frie form.

biosyntesen

Guaninmolekylet, som andre puriner, syntetiseres de novo fra 5-fosforibosyl-1-pyrofosfat (PRPP), gjennom reaksjoner katalysert av enzymer.

Det første trinnet består av tilsetningen av en aminogruppe, fra glutamin, til PRPP og 5-fosforibosilamin (PRA) dannes.

Deretter skjer tilsetningen av glycin, aspartat, glutamin, formiat og karbondioksid i PRA i en ordnet sekvens. På denne måten dannes en mellomliggende metabolit som kalles inosin 5'-monofosfat (IMP).

Under denne prosessen brukes fri energi fra hydrolysen av ATP (adenosin 5'-trifosfat), som produserer ADP (adenosin 5'-difosfat) og Pi (uorganisk fosfat).

En oksidasjon av IMP er avhengig av NAD ⁺ (nikotinamid adenindinukleotid), og produserer xantin 5'-monofosfat (XMP). Etterfølgende tilsetning av en aminogruppe til XMP produserer guanylatmolekylet.

Regulering av guanylatbiosyntese skjer i begynnelsen, når PRA dannes, og på slutten, når IMP-oksidasjon oppstår. Regulering skjer ved negativ tilbakemelding: et GMP-nukleotid hemmer enzymene i begge stadier.

Under metabolsk nedbrytning av nukleotider resirkuleres nitrogenholdige baser. GMP dannes av enzymet hypoxanthine-guanine fosforibosyltransferase, og overfører en fosribosylgruppe fra PRPP til guanine.

Funksjon

Siden guanin ikke finnes i sin gratis form, er dens funksjoner assosiert med GMP, BNP og GTP. Noen av dem er nevnt nedenfor:

- Guanosine 5'-trifosfat (GTP) fungerer som et reservoar med fri energi. Gammafosfatgruppen til GTP kan overføres til adenosin 5'-trifosfat (ADP), for å danne ATP. Denne reaksjonen er reversibel og katalysert av nukleosiddifosfatkinase.

- GMP er den mest stabile formen for nukleotidet som inneholder guanin. Gjennom hydrolyse danner GMP syklisk GMP (cGMP), som er en andre messenger under intracellulær signalering, i oversettelsesveiene. For eksempel i fotoreseptoren og kjemoreseptorcellene med lukt.

- cGMP deltar i avslapning av blodårene i den glatte muskelen, under biosyntesen av nitrogenoksid i cellene i endotelet.

- Hydrolysen av GTP gamma fosfat fungerer som en gratis energikilde for proteinbiosyntese i ribosomer.

- Hellicase-enzymer trenger fri energi fra GTP-hydrolyse for å skille DNA-dobbelt helix under DNA-replikasjon og transkripsjon.

- I nevroner i hippocampus reguleres virkningen av spennings-gatede natriumkanaler ved hydrolyse av GTP til BNP.

Beslektede sykdommer

Høye nivåer av urinsyre i blod og urin har blitt assosiert med tre forskjellige metabolske defekter, som vi vil se nedenfor.

Lesch-Nyhan syndrom

Det er preget av en mangel på HPRT (hypoxanthine-guanine fosforibosyl transferase), et enzym som er viktig for resirkulering av hypoxanthine og guanine. I dette tilfellet øker PRPP-nivåene og IMP og GMP, to viktige regulatorer i det innledende stadiet av purinsyntese, dannes ikke. Alt dette favoriserer de novo-biosyntesen av puriner.

Økt PRPP-syntaseaktivitet

Dette gir en økning i PRPP-nivåer. Denne metabolitten fungerer som en aktivator av glutamin PRPP-amidotranferase, som er ansvarlig for syntesen av 5-fosforibosylamin, og øker de novo biosyntesen av puriner.

Von Gierke syndrom

Det er en type glykogenlagringsrelatert sykdom. Pasienter med dette syndromet har en mangelfull glukose 6-fosfatase. Dette gir en økning i nivåene av glukose 6-fosfat, som tjener til syntese av ribose 5-fosfat, via pentosefosfat.

Ribose 5-fosfat er startmetabolitten for PRPP-biosyntese. I likhet med de to foregående tilfellene fører dette til en økning i de novo biosyntese av puriner.

Økt urinsyre i blod og urin forårsaker symptomer som ofte er kjent som gikt. Når det gjelder Lesch Nyhan syndrom, mangler pasientene fullstendig aktiviteten til HPRP-enzymet, noe som fører til manifestasjon av andre symptomer, inkludert lammelse og mental retardasjon.

HPRP-genet er på kromosomet X. Derfor påvirker mutasjoner i dette genet menn. Det er ingen behandling for å behandle nevrologiske problemer. Symptomer assosiert med økt urinsyre behandles med allopurinol.

referanser

1. Dawson, R. et al. 1986. Data for biokjemisk forskning. Clarendon Press, Oxford.
2. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. And Rawn, D. 2008. Principles of Biochemistry. Fjerde utgave. Pearson Education.
3. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biokjemi. 3. utgave.
4. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. 26. utgave. McGraw-Hill Companies.
5. Nelson, DL og Cox, M. 1994. Lehninger. Prinsipper for biokjemi. Fjerde utgave. Ed Omega.
6. Sigma-Aldrich. 2019. Guanine Chemical Sheet. Word Wide Web-adresse: sigmaaldrich.com.