Guanozín trifosfát alebo guanozín trifosfát (GTP), je jedným z mnohých nukleotidov, ktoré sú schopné ukladanie fosfátov voľnej energie ľahko použiteľný pre viac biologických funkcií.
Na rozdiel od iných príbuzných fosfátových nukleotidov, ktoré zvyčajne poskytujú potrebnú energiu na vykonávanie širokého spektra procesov v rôznych bunkových kontextoch, niektorí autori ukázali, že nukleotidy ako GTP, UTP (uridín trifosfát) a CTP (cytidín trifosfát) poskytujú energiu hlavne v anabolické procesy.
Chemická štruktúra guanozín trifosfátu alebo GTP (Zdroj: Cacycle, prostredníctvom Wikimedia Commons)
V tomto zmysle Atkinson (1977) naznačuje, že GTP má funkcie, ktoré zahŕňajú aktiváciu mnohých anabolických procesov prostredníctvom rôznych mechanizmov, čo sa preukázalo v systémoch in vitro aj in vivo.
Energia obsiahnutá v ich väzbách, najmä medzi fosfátovými skupinami, sa používa na riadenie niektorých bunkových procesov, ktoré sa podieľajú najmä na syntéze. Príkladmi sú syntéza proteínov, replikácia DNA a transkripcia RNA, syntéza mikrotubúl atď.
štruktúra
Ako to platí pre adenínové nukleotidy (ATP, ADP a AMP), GTP má ako svoju základnú štruktúru tri nesporné prvky:
- heterocyklický guanínový kruh (purín)
- základný cukor s 5 atómami uhlíka, ribóza (furánový kruh) a
- Tri fosfátové skupiny sú pripojené
Prvá fosfátová skupina GTP je pripojená k 5 'uhlíku ribózového cukru a guanínový zvyšok je pripojený k tejto molekule cez 1' uhlík ribofuranózového kruhu.
Z biochemického hľadiska je touto molekulou guanozín 5'-trifosfát, ktorý je lepšie opísaný ako puríntrifosfát alebo, pod svojím chemickým názvom, 9-P-D-ribofuranosylguanín-5'-trifosfát.
syntéza
GTP môže byť syntetizovaný de novo v mnohých eukaryotoch z kyseliny inozínovej (inozín 5'-monofosfát, IMP), jedného z ribonukleotidov používaných na syntézu purínov, ktoré sú jedným z dvoch typov dusíkatých zásad, z ktorých Vytvorí sa DNA a ďalšie molekuly.
Táto zlúčenina, kyselina inozínová, je dôležitým bodom vetvenia nielen pre syntézu purínov, ale tiež pre syntézu fosfátových nukleotidov ATP a GTP.
Syntéza nukleotidov guanozínfosfátu (GMP, GDP a GTP: guanozínmono-, di- a trifosfát), začínajúc hydroxyláciou purínového kruhu IMP nezávislou od NAD + za vzniku medziproduktu xanthosínmonofosfátu (XMP) ,
Táto reakcia je katalyzovaná enzýmom známym ako IMP dehydrogenáza, ktorý je alostericky regulovaný GMP.
Amidová skupina sa potom prenesie na takto vyrobený XMP (glutamínová a ATP závislá reakcia) pôsobením enzýmu XMP aminázy, kde sa vytvára molekula guanozínmonofosfátu alebo GMP.
Pretože najaktívnejšími nukleotidmi sú vo všeobecnosti trifosfátové nukleotidy, existujú enzýmy zodpovedné za prenos fosfátových skupín na GMP molekuly, ktoré sa generujú práve opísanou cestou.
Tieto enzýmy sú špecifické ATP-dependentné kinázy (kinázy) známe ako guanylátkinázy a nukleoziddifosfokinázy.
V reakcii katalyzovanej guanylátcyklázami pôsobí ATP ako donor fosfátu na konverziu GMP na HDP a ATP:
GMP + ATP → GDP + ADP
Guanín difosfátový nukleotid (GDP) sa následne používa ako substrát pre nukleoziddifosfokinázu, ktorá tiež používa ATP ako donor fosfátu na konverziu HDP na GTP:
HDP + ATP → GTP + ADP
Syntéza inými cestami
Existuje mnoho bunkových metabolických dráh schopných produkovať GTP iné ako de novo biosyntetická dráha. Spravidla sa to uskutočňuje prevodom fosfátových skupín pochádzajúcich z rôznych zdrojov smerom k prekurzorom SVP a HDP.
Vlastnosti
GTP ako nukleotidfosfát analogický s ATP má na bunkovej úrovni nespočetné množstvo funkcií:
- Podieľa sa na raste mikrotubúl, čo sú duté skúmavky zložené z proteínu známeho ako „tubulín“, ktorého polyméry majú schopnosť hydrolyzovať GTP, čo je nevyhnutné pre jeho predĺženie alebo rast.
-Je to nevyhnutný faktor pre G proteíny alebo GTP viažuce proteíny, ktoré fungujú ako mediátory v rôznych procesoch prenosu signálu, ktoré sú zase spojené s cyklickým AMP a jeho signálnymi kaskádami.
Tieto signalizačné procesy majú za následok komunikáciu bunky s prostredím a jej vnútornými organelami navzájom a sú zvlášť dôležité pri vykonávaní pokynov kódovaných v hormónoch a iných dôležitých faktoroch u cicavcov.
Príkladom týchto signálnych dráh, ktoré sú pre bunku veľmi dôležité, je regulácia enzýmu adenylátcyklázy prostredníctvom jeho interakcie s G proteínom.
Vlastnosti
GTP má veľa funkcií, ktoré boli demonštrované prostredníctvom experimentov in vitro v systémoch bez buniek. Z týchto experimentov bolo možné preukázať, že sa aktívne zúčastňuje na:
- Syntéza bielkovín v eukaryotoch (na iniciáciu aj na predĺženie peptidov)
- Stimulácia glykozylácie proteínu
- Syntéza ribozomálnej RNA v prokaryotoch a eukaryotoch
- Syntéza fosfolipidov, najmä počas syntézy diacylglycerolu
Niektoré funkcie
Účasť GTP v procesoch, ako sú napríklad:
- Rozdelenie a aktivácia spór rôznych tried mikroorganizmov, prokaryot a eukaryot
- Syntéza ribozomálnej RNA v eukaryotoch
-Okrem iného.
Bolo tiež navrhnuté, že onkogénny pokrok z normálnych buniek do rakovinových buniek zahŕňa stratu kontroly nad bunkovým rastom a proliferáciou, na ktorej sa zúčastňuje veľa proteínov viažucich sa na GTP a proteínkinázy so špecifickou aktivitou závislou od GTP.
GTP má tiež stimulačné účinky na dovoz proteínov do mitochondriálnej matrice, čo priamo súvisí s jeho hydrolýzou (viac ako 90% mitochondriálnych proteínov je syntetizovaných ribozómami v cytozole).
Referencie
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Esenciálna bunková biológia. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemistry (3. vydanie). San Francisco, Kalifornia: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: Centrálny regulátor bunkového anabolizmu. V B. Horecker a E. Stadtman (Eds.), Current Topics in Cellular Regulation (zv. 25, s. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biochémie. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). Hydrolýza GTP je nevyhnutná pre import proteínu do mitochondriálnej matice. The Journal of Biological Chemistry, 273 (3), 1420 - 1424.