Cikličen GMP , gvanozin monofosfata znan tudi kot ciklični gvanozinmonofosfat ali gvanozin 3 ', 5'-monofosfat je nukleotidna vključena v številnih postopkih cikličen celic, zlasti tistih, povezanih signalnih in medcelične komunikacije.
Prvič so ga opisali pred več kot 40 leti, kmalu po odkritju njegovega analognega, cikličnega AMP, ki se od njega razlikuje po dušikovi bazi, saj ni nukleotid gvanina, ampak adenina.
Kemična zgradba cikličnega gvanozin monofosfata ali GMP (Vir: en: Uporabnik: Diberri via Wikimedia Commons)
Tako kot drugi ciklični nukleotidi, kot sta prej omenjeni ciklični AMP ali ciklični CTP (ciklični citidin monofosfat), je tudi struktura cikličnega GMP odločilna za njegove kemijske lastnosti in biološko aktivnost, poleg tega pa je stabilnejša od svojih sorodnih.
Ta nukleotid nastaja z encimom, znanim kot gvanilil ciklaza in je sposoben sprožiti signalne kaskade ciklično odvisnih proteinskih kinaz GMP, podobno kot ciklični AMP.
Opisali so ga ne samo pri sesalcih, ki so zelo zapletene živali, temveč tudi v najpreprostejših prokariotih, vključenih v kraljestva evbakterij in arhej. Njegova prisotnost v rastlinah je še vedno predmet razprave, vendar dokazi kažejo, da v teh organizmih ni.
Oblikovanje in degradacija
Medcelična koncentracija cikličnih gvaninskih nukleotidov in adenina je izjemno nizka, zlasti v primerjavi z njihovimi necikličnimi analogi, ki so mono-, di- ali trifosfat.
Vendar pa se ravni tega nukleotida lahko selektivno spremenijo ob prisotnosti določenih hormonskih dražljajev in drugih dejavnikov, ki se obnašajo kot primarni prenašalci.
Presnova cikličnega GMP je delno neodvisna od presnove cikličnega AMP in drugih analognih nukleotidov. To se proizvaja iz GTP z encimskim sistemom, znanim kot gvanilil ciklaza ali gvanilat ciklaza, ki je delno topen encim v večini tkiv.
Encimi gvanilat ciklaze so odgovorni za "ciklizacijo" fosfatne skupine v položaju 5 'sladkornega ostanka (riboze), kar povzroči vezavo istega fosfata na dve različni skupini OH v isti molekuli.
Ta encim je zelo bogat v tankem črevesju in pljučih sesalcev, najbolj aktiven vir pa najdemo v spermi vrste morskega ježa. V vseh raziskovanih organizmih je odvisen od dvovalentnih manganovih ionov, kar ga razlikuje od adenlatnih ciklaz, ki so odvisne od magnezija ali cinka.
Razgradnjo cikličnega GMP posredujejo ciklične nukleotidne fosfodiesteraze, ki se ne zdijo specifične, saj je bilo dokazano, da so isti encimi sposobni uporabiti tako ciklični AMP kot ciklični GMP kot hidrolizubilne substrate.
Oba procesa, tvorba in razgradnja, sta skrbno nadzorovana znotrajcelično.
Struktura
Struktura cikličnega GMP se bistveno ne razlikuje od strukture drugih cikličnih nukleotidov. Kot pove že njegovo ime (gvanozin 3 ', 5'-monofosfat) ima fosfatno skupino, povezano s kisikom v ogljiku na 5' položaju riboze sladkorja.
Omenjeni sladkor iz riboze je istočasno povezan z dušikovo bazo heterocikličnega gvaninskega obroča s pomočjo glikozidne vezi z ogljikom v položaju 1 'riboze.
Fosfatna skupina, ki je na 5 'položaju riboze pritrjena na atom kisika, se transfuzuje preko fosfodiesterske vezi, ki se pojavi med isto fosfatno skupino in kisikom ogljika v položaju 3' riboze oz. tako nastane 3'-5'- "trans-kondenziran" fosfat (3'-5'-trans-fuziran fosfat).
Zlivanje fosfatne skupine ali njena "ciklizacija" povzroča povečanje togosti molekule, saj omejuje prosto vrtenje vezi v furanskem obroču riboze.
Kot velja tudi za ciklični AMP, sta glikozidna vez med gvaninskim obročkom in ribozo ter njegova svoboda vrtenja pomembna strukturna parametra za specifično prepoznavanje cikličnega GMP.
Lastnosti
Za razliko od številnih in zelo raznolikih funkcij, ki jih imajo drugi analogni ciklični nukleotidi, kot je ciklični AMP, je funkcija cikličnega GMP nekoliko bolj omejena:
1-Sodeluje v signalnih procesih kot odziv na svetlobno stimulacijo vidnih pigmentov. Njegova koncentracija se spremeni zaradi aktiviranja proteina G, ki zaznava svetlobni dražljaj in interakcijo s GMP-odvisno ciklično fosfodiesterazo.
Spremembe ravni tega nukleotida spremenijo prepustnost membrane očesnih celic v obliki palice na natrijeve ione, kar povzroči druge spremembe, ki prenehajo s prenosom dražljaja na optični živec.
2-Deluje v mišičnem krčenju in sprostitvi gladkih mišic kot odziv na dušikov oksid in druge kemične spojine različne narave.
3-Povečanje njegove koncentracije zaradi odziva na natriuretične peptide je povezano z uravnavanjem gibanja natrijevih in vodnih ionov skozi celične membrane.
4 -V nekaterih organizmih lahko ciklični GMP tekmuje s cikličnim AMP za ciklično nukleotidno fosfodiesterazo, dodatek cikličnega GMP pa lahko prispeva k povečanju koncentracije cikličnega AMP z zmanjšanjem njegove razgradnje.
5-bakterije, kot je E. coli, povečajo raven cikličnega GMP, kadar so izpostavljene kemo-atraktantom, kar kaže, da je ta nukleotid vključen v signalne procese kot odziv na te kemične dražljaje.
6-Ugotovljeno je, da ima ciklični GMP pomemben vpliv na vazodilatacijske in erekcijske procese pri sesalcih.
7-številni kanalni ionski kanali (kalcij in natrij) uravnavajo znotrajcelični ligandi, ki posebej uporabljajo ciklični GMP.
Reference
- Botsford, JL (1981). Ciklični nukleotidi v prokariotih. Mikrobiološki pregledi, 45 (4), 620–642.
- Garrett, R., in Grisham, C. (2010). Biokemija (4. izd.). Boston, ZDA: Brooks / Cole. CENGAGE Učenje.
- Hardman, J., Robison, A., Sutherland, E. (1971). Ciklični nukleotidi. Letni pregledi fiziologije, 33, 311–336.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Izdaje Omega (5. izd.).
- Newton, RP, & Smith, CJ (2004). Ciklični nukleotidi. Fitokemija, 65, 2423-2437.