GUANÍNA: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, FORMÁCIA A FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Guanín je dusíkaté bázy, ktorá slúži pre biosyntézu guanylát monofosfát a 5'-5'-monofosfát a na deoxiguanilato. Obe látky sú súčasťou RNA a DNA, ktoré uchovávajú genetickú informáciu o bunkách.

Kyselina ribonukleová (RNA) a kyselina deoxyribonukleová (DNA) sú tvorené nukleotidmi, ktoré sú tvorené dusíkatou bázou pripojenou k cukru a fosfátovej skupine.

Zdroj: NEUROtiker

Guanín, okrem toho, že je súčasťou nukleových kyselín, sa vo svojich formách nukleozidov monofosfát, difosfát a trifosfáty (GMP, GDP a GTP) zúčastňuje procesov, ako je energetický metabolizmus, translácia intracelulárneho signálu, fyziológia fotoreceptorov. a fúzie vezikúl.

Chemická štruktúra

Chemická štruktúra guanínu (2-amino-6-hydroxypurín) je heterocyklický purínový kruh, ktorý sa skladá zo systému dvoch viazaných kruhov: jeden kruh je pyrimidín a druhý kruh je imidazol.

Guaninový heterocyklický kruh je plochý s niektorými konjugovanými dvojitými väzbami. Ďalej má medzi skupinami C-1 a N-6 dve tautomérne formy, keto a enol.

vlastnosti

Vlastnosti guanínu sú nasledujúce:

- Guanín je nepolárna látka. Je nerozpustný vo vode, ale je rozpustný v koncentrovaných roztokoch silných kyselín alebo zásad.

- môže byť izolovaný vo forme bielej pevnej látky, s empirickým vzorcom C ₅ H ₅ N ₅ O, a molekulová hmotnosť 151,3 g / mol.

- DNA vlastnosť absorbovať svetlo pri 260 nm je čiastočne spôsobená chemickou štruktúrou guanínu.

- V DNA tvorí guanín tri vodíkové väzby. C-6 karbonylová skupina je vodíková väzba, skupina N-1 a C-2 aminoskupina sú donory vodíkovej väzby.

Z tohto dôvodu si vyžaduje viac energie na prerušenie väzby medzi guanínom a cytozínom, ako väzbou adenínu s tymínom, pretože posledný pár je spojený iba dvoma vodíkovými väzbami.

- V bunke sa vždy vyskytuje ako súčasť nukleových kyselín alebo ako GMP, GDP a GTP, nikdy vo svojej voľnej forme.

biosyntéza

Guanínová molekula sa podobne ako iné puríny syntetizuje de novo z 5-fosforibozyl-l-pyrofosfátu (PRPP) reakciou katalyzovanou enzýmami.

Prvý krok spočíva v pridaní aminoskupiny, od glutamínu, k PRPP a vytvorí sa 5-fosforibosylamín (PRA).

Neskôr, v usporiadanom poradí, dôjde k pridaniu glycínu, aspartátu, glutamínu, formiátu a oxidu uhličitého k PRA. Týmto spôsobom sa tvorí medziproduktový metabolit nazývaný inozín 5'-monofosfát (IMP).

Počas tohto procesu sa využíva voľná energia z hydrolýzy ATP (adenozín 5'-trifosfát), ktorý produkuje ADP (adenozín 5'-difosfát) a Pi (anorganický fosfát).

Oxidácia IMP je závislá od NAD ⁺ (nikotínamid adenín dinukleotidu), pričom vzniká xantín 5'-monofosfát (XMP). Následným pridaním aminoskupiny do XMP sa získa guanylátová molekula.

Regulácia biosyntézy guanylátu sa uskutočňuje na začiatku, keď sa tvorí PRA, a na konci, keď nastane oxidácia IMP. Regulácia nastáva negatívnou spätnou väzbou: GMP nukleotid inhibuje enzýmy v oboch fázach.

Počas metabolickej degradácie nukleotidov sa recyklujú dusíkaté bázy. GMP je tvorený enzýmom hypoxantín-guanín-fosforibozyltransferáza, ktorá prenáša fosribozylovú skupinu z PRPP na guanín.

funkcie

Pretože guanín sa nenachádza vo voľnej forme, jeho funkcie sú spojené s SVP, HDP a GTP. Niektoré z nich sú uvedené nižšie:

- Guanozín 5'-trifosfát (GTP) pôsobí ako rezervoár voľnej energie. Gama-fosfátová skupina GTP sa môže preniesť na adenozín 5'-trifosfát (ADP) za vzniku ATP. Táto reakcia je reverzibilná a je katalyzovaná nukleozid difosfátkinázou.

- GMP je najstabilnejšia forma nukleotidu, ktorý obsahuje guanín. Hydrolýzou vytvára GMP cyklický GMP (cGMP), ktorý je druhým poslom pri intracelulárnej signalizácii v translačných dráhach. Napríklad vo fotoreceptorových a chemoreceptorových bunkách vône.

- cGMP sa podieľa na relaxácii krvných ciev hladkého svalstva počas biosyntézy oxidu dusnatého v endotelových bunkách.

- Hydrolýza GTP gama fosfátu slúži ako voľný zdroj energie pre biosyntézu proteínov v ribozómoch.

- Enzýmy helikázy potrebujú voľnú energiu z hydrolýzy GTP na oddelenie dvojitej špirály DNA počas replikácie a transkripcie DNA.

- V neurónoch hipokampu je činnosť sodíkových kanálov riadených napätím regulovaná hydrolýzou GTP na GDP.

Súvisiace choroby

Vysoké hladiny kyseliny močovej v krvi a moči boli spojené s tromi rôznymi metabolickými poruchami, ktoré uvidíme nižšie.

Lesch-Nyhanov syndróm

Vyznačuje sa nedostatkom HPRT (hypoxantín-guanín-fosforibozyltransferáza), enzýmu dôležitého pre recykláciu hypoxantínu a guanínu. V tomto prípade sa zvyšujú hladiny PRPP a netvoria sa IMP a GMP, dva dôležité regulátory počiatočného stupňa syntézy purínu. To všetko uprednostňuje de novo biosyntézu purínov.

Zvýšená aktivita syntázy PRPP

To vedie k zvýšeniu hladín PRPP. Tento metabolit pôsobí ako aktivátor glutamín PRPP-amidotranferázy, ktorá je zodpovedná za syntézu 5-fosforibosylamínu, čím zvyšuje de novo biosyntézu purínov.

Von Gierkeho syndróm

Je to ochorenie spojené s ukladaním glykogénu typu I. Pacienti s týmto syndrómom majú defektnú glukózovú 6-fosfatázu. To vedie k zvýšeniu hladín glukózy-6-fosfátu, ktorý slúži na syntézu 5-fosfátu ribózy, prostredníctvom pentózofosfátu.

Ribóza 5-fosfát je východiskovým metabolitom pre biosyntézu PRPP. Podobne ako v predchádzajúcich dvoch prípadoch to vedie k zvýšeniu de novo biosyntézy purínov.

Zvýšená kyselina močová v krvi a moči spôsobuje príznaky, ktoré sa bežne nazývajú dna. V prípade syndrómu Lesch Nyhan pacienti úplne nemajú aktivitu enzýmu HPRP, čo vedie k prejavom ďalších symptómov vrátane paralýzy a mentálnej retardácie.

Gén HPRP je na chromozóme X. Preto mutácie v tomto géne ovplyvňujú mužov. Neexistuje žiadna liečba na liečenie neurologických problémov. Príznaky spojené so zvýšenou kyselinou močovou sa liečia alopurinolom.

Referencie

1. Dawson, R. a kol. 1986. Údaje pre biochemický výskum. Clarendon Press, Oxford.
2. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. And Rawn, D. 2008. Zásady biochémie. 4. vydanie. Pearson Education.
3. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biochemistry. 3. vydanie.
4. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harper's Ilustrated Biochemistry. 26. vydanie. Spoločnosti McGraw-Hill.
5. Nelson, DL a Cox, M. 1994. Lehninger. Základy biochémie. 4. vydanie. Ed Omega.
6. Sigma-Aldrich. 2019. Guanínový chemický list. Webová adresa Word: sigmaaldrich.com.