Cyklický GMP , guanozinmonofosfát tiež známy ako cyklického guanozínmonofosfátu alebo guanozín 3 ', 5'-monofosfát je nukleotid podieľa na mnohých procesoch cyklický buniek, a to najmä tých, ktoré súvisia signalizačných a intercelulárnej komunikácie.
Prvýkrát bol opísaný pred viac ako 40 rokmi, krátko po objavení svojho analógu, cyklického AMP, ktorý sa od neho líši, pokiaľ ide o dusíkatú bázu, pretože nejde o nukleotid guanínu, ale o adenín.
Chemická štruktúra cyklického guanozínmonofosfátu alebo GMP (Zdroj: en: Používateľ: Diberri prostredníctvom Wikimedia Commons)
Podobne ako iné cyklické nukleotidy, ako je napríklad vyššie uvedený cyklický AMP alebo cyklický CTP (cyklický cytidínmonofosfát), je štruktúra cyklického GMP rozhodujúca pre svoje chemické vlastnosti a biologickú aktivitu, okrem toho, že je stabilnejšia ako jeho náprotivok.
Tento nukleotid je produkovaný enzýmom známym ako guanylylcykláza a je schopný spustiť signalizačné kaskády cyklicky závislých GMP proteínkináz podobným spôsobom ako cyklický AMP.
Bol opísaný nielen u cicavcov, ktoré sú vysoko komplexnými zvieratami, ale aj v najjednoduchších prokaryotoch, ktoré sú súčasťou kráľovstva eubaktérií a archaea. Jeho prítomnosť v rastlinách je stále predmetom diskusie, ale dôkazy naznačujú, že v týchto organizmoch chýba.
Tvorba a degradácia
Intracelulárna koncentrácia cyklických guanínových nukleotidov, ako aj adenínu, je extrémne nízka, najmä v porovnaní s ich necyklickými analógmi, ktoré sú mono-, di- alebo trifosfátované.
Hladiny tohto nukleotidu sa však môžu selektívne meniť v prítomnosti určitých hormonálnych stimulov a ďalších faktorov, ktoré sa správajú ako primárne posly.
Metabolizmus cyklického GMP je čiastočne nezávislý od metabolizmu cyklického AMP a iných analogických nukleotidov. To je produkované z GTP enzýmovým systémom známym ako guanylylcykláza alebo guanylátcykláza, čo je čiastočne rozpustný enzým vo väčšine tkanív.
Enzýmy guanylátcyklázy sú zodpovedné za „cyklizáciu“ fosfátovej skupiny v polohe 5 'zvyšku cukru (ribózy), čo spôsobuje väzbu toho istého fosfátu na dve rôzne OH skupiny v tej istej molekule.
Tento enzým je veľmi hojný v tenkom čreve a pľúcach cicavcov a najaktívnejší zdroj sa nachádza v sperme druhu morského ježka. Vo všetkých študovaných organizmoch závisí od dvojmocných iónov mangánu, ktoré ho odlišujú od adenylátových cykláz, ktoré závisia od horčíka alebo zinku.
Cyklická degradácia GMP je sprostredkovaná cyklickými nukleotidovými fosfodiesterázami, ktoré sa nezdajú byť špecifické, pretože sa ukázalo, že rovnaké enzýmy sú schopné použiť ako cyklický AMP, tak cyklický GMP ako hydrolyzovateľné substráty.
Oba procesy, tvorba aj degradácia, sú starostlivo kontrolované intracelulárne.
štruktúra
Štruktúra cyklického GMP sa významne nelíši od štruktúry ostatných cyklických nukleotidov. Ako už názov napovedá (guanozín 3 ', 5'-monofosfát) má fosfátovú skupinu pripojenú k kyslíku na uhlíku v polohe 5' ribózového cukru.
Uvedený ribózový cukor sa súčasne viaže na dusíkatú bázu guanínového heterocyklického kruhu pomocou glykozidickej väzby s uhlíkom v polohe 1 'ribózy.
Fosfátová skupina, ktorá je pripojená k atómu kyslíka v polohe 5 'ribózy, je trans-fúzovaná prostredníctvom fosfodiesterovej väzby, ktorá sa vyskytuje medzi rovnakou fosfátovou skupinou a kyslíkom uhlíka v polohe 3' ribózy, čím sa vytvorí 3'-5'- "trans-fúzovaný" fosfát (3'-5'-trans-fúzovaný fosfát).
Fúzia fosfátovej skupiny alebo jej "cyklizácia" spôsobuje zvýšenie rigidity molekuly, pretože obmedzuje voľnú rotáciu väzieb vo furánovom kruhu ribózy.
Rovnako ako v prípade cyklického AMP je glykozidická väzba medzi guanínovým kruhom a ribózou a jej sloboda rotácie dôležitými štruktúrnymi parametrami pre špecifické rozpoznávanie cyklického GMP.
Vlastnosti
Na rozdiel od mnohých a veľmi rozmanitých funkcií, ktoré majú iné analogické cyklické nukleotidy, ako napríklad cyklický AMP, je funkcia cyklického GMP o niečo obmedzenejšia:
1-Účasť na signalizačných procesoch v reakcii na stimuláciu vizuálnych pigmentov svetlom. Jeho koncentrácia je modifikovaná v dôsledku aktivácie G proteínu, ktorý vníma svetelný stimul a interaguje s GMP-závislou cyklickou fosfodiesterázou.
Zmeny hladín tohto nukleotidu menia permeabilitu membrány tyčinkovitých očných buniek na sodné ióny, čo spôsobuje ďalšie zmeny, ktoré ukončujú prenos stimulu do optického nervu.
2-Má funkcie v kontrakcii svalov a relaxačnom cykle hladkého svalstva v reakcii na oxid dusnatý a iné chemické zlúčeniny rôznej povahy.
3 - Zvýšenie koncentrácie v dôsledku reakcie na natriuretické peptidy súvisí s reguláciou pohybu sodných a vodných iónov cez bunkové membrány.
4-U niektorých organizmov môže cyklický GMP súťažiť s cyklickým AMP o cyklickú nukleotidovú fosfodiesterázu a pridanie cyklického GMP môže prispieť k zvýšeniu koncentrácie cyklického AMP znížením jeho degradácie.
5-Baktérie, ako je E. coli, zvyšujú svoje hladiny cyklického GMP, keď sú vystavené chemoatraktantom, čo naznačuje, že tento nukleotid je zapojený do signalizačných procesov v reakcii na tieto chemické stimuly.
6 - Zistilo sa, že cyklický GMP má tiež dôležité implikácie vo vazodilatačných a erekčných procesoch u cicavcov.
7-Mnoho hradlových iónových kanálov (vápnik a sodík) je regulovaných intracelulárnymi ligandami, ktoré špecificky používajú cyklický GMP.
Referencie
- Botsford, JL (1981). Cyklické nukleotidy v prokaryotoch. Microbiological Reviews, 45 (4), 620 - 642.
- Garrett, R. a Grisham, C. (2010). Biochemistry (4. vydanie). Boston, USA: Brooks / Cole. CENGAGE Learning.
- Hardman, J., Robison, A. a Sutherland, E. (1971). Cyklické nukleotidy. Annual Reviews in Physiology, 33, 311–336.
- Nelson, DL, a Cox, MM (2009). Lehningerove princípy biochémie. Vydania Omega (5. vydanie).
- Newton, RP, a Smith, CJ (2004). Cyklické nukleotidy. Phytochemistry, 65, 2423-2437.