Den guanosintrifosfat eller guanosintrifosfat (GTP) er en av mange nukleotider som er i stand til å lagre energi uten fosfat lett anvendelig for mange biologiske funksjoner.
I motsetning til andre beslektede fosfatnukleotider, som vanligvis gir den nødvendige energien for å utføre en lang rekke prosesser i forskjellige cellulære sammenhenger, har noen forfattere vist at nukleotider som GTP, UTP (uridin trifosfat) og CTP (cytidin trifosfat) gir energi hovedsakelig i anabole prosesser.
Kjemisk struktur av Guanosine Triphosphate eller GTP (Kilde: Cacycle, via Wikimedia Commons)
I denne forstand antyder Atkinson (1977) at GTP har funksjoner som involverer aktivering av mange anabole prosesser gjennom forskjellige mekanismer, som har blitt demonstrert i både in vitro og in vivo systemer.
Energien som ligger i dens bindinger, spesielt mellom fosfatgrupper, brukes til å drive noen cellulære prosesser involvert spesielt i syntesen. Eksempler på dette er proteinsyntese, DNA-replikasjon og RNA-transkripsjon, mikrotubulesyntese, etc.
Struktur
Som det gjelder for adeninnukleotider (ATP, ADP og AMP), har GTP tre udiskutable elementer som sin grunnleggende struktur:
-En heterocyklisk guaninring (purin)
-En fem-karbon base sukker, ribose (furan ring) og
-Tre fosfatgrupper festet
Den første fosfatgruppen av GTP er festet til 5 'karbon i ribosesukkeret, og guaninresten er festet til dette molekylet gjennom 1' karbonet i ribofuranoseringen.
I biokjemiske termer er dette molekylet et guanosin 5'-trifosfat, bedre beskrevet som et purintrifosfat eller, med dets kjemiske navn, 9-p-D-ribofuranosylguanin-5'-trifosfat.
syntese
GTP kan syntetiseres de novo i mange eukaryoter fra inosinsyre (inosin 5'-monofosfat, IMP), et av ribonukleotidene som brukes til syntese av puriner, som er en av de to typene nitrogenholdige baser hvorav DNA og andre molekyler består.
Denne forbindelsen, inosinsyre, er et viktig grenpunkt ikke bare for syntesen av puriner, men også for syntesen av nukleotidene fosfat ATP og GTP.
Syntesen av henholdsvis guanosinfosfatnukleotidene (GMP, BNP og GTP: guanosin mono-, di- og trifosfat) begynner med NAD + -avhengig hydroksylering av purinringen til IMP, og danner den mellomliggende forbindelse xanthosine monophosphate (XMP). .
Denne reaksjonen katalyseres av et enzym kjent som IMP dehydrogenase, som er allosterisk regulert av GMP.
En amidgruppe blir deretter overført til den således produserte XMP (glutamin og ATP-avhengig reaksjon) gjennom virkningen av enzymet XMP-aminase, hvor et molekyl av guanosinmonofosfat eller GMP blir produsert.
Siden de mest aktive nukleotidene generelt er trifosfatnukleotider, er det enzymer som er ansvarlige for overføringen av fosfatgrupper til GMP-molekyler som blir generert på den nettopp beskrevne rute.
Disse enzymene er spesifikke ATP-avhengige kinaser (kinaser) kjent som guanylatkinaser og nukleosiddifosfokinaser.
I reaksjonen katalysert av guanylatsyklaser fungerer ATP som en fosfatdonor for omdannelse av GMP til BNP og ATP:
GMP + ATP → BNP + ADP
Guanindifosfat (BNP) nukleotid blir deretter brukt som et underlag for en nukleosiddifosfokinase, som også bruker ATP som fosfatdonor for konvertering av BNP til GTP:
BNP + ATP → GTP + ADP
Syntese av andre ruter
Det er mange cellulære metabolske veier som er i stand til å produsere GTP annet enn de novo biosyntetiske banen. Disse gjør det vanligvis gjennom overføring av fosfatgrupper, som kommer fra forskjellige kilder, mot GMP- og BNP-forgjengerne.
Egenskaper
GTP, som et nukleotidfosfat analogt med ATP, har utallige funksjoner på cellenivå:
-Deltar i veksten av mikrotubuli, som er hule rør sammensatt av et protein kjent som "tubulin", hvis polymerer har evnen til å hydrolysere GTP, som er essensielt for dets forlengelse eller vekst.
-Det er en essensiell faktor for G-proteiner eller GTP-bindende proteiner, som fungerer som formidlere i forskjellige signaloverføringsprosesser som igjen er relatert til syklisk AMP og signaleringskaskader.
Disse signalprosessene resulterer i kommunikasjon av cellen med omgivelsene og de indre organellene med hverandre, og er spesielt viktig for å utføre instruksjonene som er kodet i hormoner og andre viktige faktorer hos pattedyr.
Et eksempel på disse signalveiene av stor betydning for cellen er reguleringen av enzymet adenylat-syklase gjennom dets interaksjon med et G-protein.
Egenskaper
GTP har mange funksjoner som er demonstrert gjennom in vitro-eksperimenter i "cellefrie" systemer. Fra disse eksperimentene har det vært mulig å demonstrere at det aktivt deltar i:
-Proteinsyntese i eukaryoter (både for initiering og forlengelse av peptider)
-Stimulering av proteinglykosylering
-Syntese av ribosomalt RNA i prokaryoter og eukaryoter
-Syntesen av fosfolipider, spesielt under syntesen av diacylglycerol
Visse funksjoner
Andre eksperimenter, men i cellulære eller in vivo-systemer har bevist GTPs deltakelse i prosesser som:
-Sporulering og aktivering av sporer fra forskjellige klasser av mikroorganismer, prokaryoter og eukaryoter
-Syntese av ribosomalt RNA i eukaryoter
-Blant andre.
Det er også foreslått at onkogen fremgang fra normale celler til kreftceller involverer tap av kontroll over cellevekst og spredning, der mange GTP-bindende proteiner og proteinkinaser med spesifikk GTP-avhengig aktivitet deltar.
GTP har også stimulerende effekter på import av proteiner i mitokondriell matriks, som er direkte relatert til dens hydrolyse (mer enn 90% av mitokondrielle proteiner blir syntetisert av ribosomer i cytosol).
referanser
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Essensiell cellebiologi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokjemi (3. utg.). San Francisco, California: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: En sentral regulator for cellulær anabolisme. I B. Horecker & E. Stadtman (Eds.), Aktuelle emner i cellulær regulering (bind 25, s. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biokjemi. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publisher.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). GTP-hydrolyse er essensiell for proteinimport i den mitokondriske matrisen. Journal of Biologisk kjemi, 273 (3), 1420–1424.