GVANIN: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA, TVORBA IN FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

Gvanin je dušikova baza, ki služi za biosintezo gvanilat monofosfat in 5'-5'-monofosfat na deoxiguanilato. Obe snovi sta del RNA in DNK, ki shranjujeta genetske informacije celic.

Ribonukleinska kislina (RNA) in deoksiribonukleinska kislina (DNA) sestavljata nukleotide, ki so sestavljeni iz dušikove baze, vezane na sladkor in fosfatne skupine.

Vir: NEUROtiker

Gvanin, poleg tega, da je del nukleinskih kislin, v svojih oblikah nukleozidov monofosfat, difosfat in trifosfati (GMP, BDP in GTP) sodeluje pri procesih, kot so energetska presnova, prevajanje znotrajceličnega signala, fiziologija fotoreceptorjev fuzija veziklov.

Kemična zgradba

Kemična zgradba gvanina (2-amino-6-hidroksipurina) je heterociklični purinski obroč, sestavljen iz sistema dveh povezanih obročev: en obroč je pirimidin, drugi obroč pa imidazol.

Guaninov heterociklični obroč je raven z nekaj konjugiranimi dvojnimi vezmi. Poleg tega ima dve skupini tavtomer, keto in enol, med skupinama C-1 in N-6.

značilnosti

Značilnosti gvanina so naslednje:

- Guanin je apolarna snov. V vodi ni topen, vendar je topen v koncentriranih raztopinah močnih kislin ali baz.

- Lahko ga izoliramo kot belo trdno s empirično formulo C ₅ H ₅ N ₅ O in molekulsko maso 151,3 g / mol.

- Lastnost DNK, da absorbira svetlobo pri 260 nm, je delno posledica kemijske strukture gvanina.

- V DNK gvanin tvori tri vodikove vezi. C-6 karbonilna skupina je sprejemnik vodikove vezi, skupina N-1 in C-2 amino skupina sta donatorja vodikove vezi.

Zaradi tega je potrebno več energije, da se prekine vez med gvaninom in citozinom, kot z adeninom s timinom, saj slednji par povezujeta le dve vodikovi vezi.

- V celici ga vedno najdemo kot del nukleinskih kislin ali kot GMP, BDP in GTP, nikoli v svobodni obliki.

Biosinteza

Molekula guanina se tako kot drugi purini sintetizira de novo iz 5-fosforibozil-1-pirofosfata (PRPP), z reakcijami, ki jih katalizirajo encimi.

Prvi korak je sestavljen iz dodatka amino skupine, od glutamina, do PRPP in nastane 5-fosforibosilamin (PRA).

Nato se v urejenem zaporedju pojavi dodajanje glicina, aspartata, glutamina, formata in ogljikovega dioksida v PRA. Na ta način nastane vmesni presnovek, imenovan inozin 5'-monofosfat (IMP).

Med tem postopkom se porabi prosta energija iz hidrolize ATP (adenozin 5'-trifosfat), ki proizvede ADP (adenozin 5'-difosfat) in Pi (anorganski fosfat).

Oksidacija IMP je odvisna od NAD ⁺ (nikotinamid adenin dinukleotid), ki tvori ksantin 5'-monofosfat (XMP). Poznejše dodajanje amino skupine k XMP povzroči molekulo gvanilata.

Uravnavanje biosinteze gvanilata poteka na začetku, ko nastane PRA, in na koncu, ko pride do oksidacije IMP. Regulacija poteka z negativnimi povratnimi informacijami: nukleotid GMP zavira encime v obeh stopnjah.

Med presnovno razgradnjo nukleotidov se dušične baze reciklirajo. GMP tvori encim hipoksantin-gvanin fosforibosiltransferaza, ki fosribosilno skupino prenaša iz PRPP v gvanin.

Funkcija

Ker gvanina ni v prosti obliki, so njegove funkcije povezane z GMP, BDP in GTP. Nekatere od njih so navedene spodaj:

- Gvanozin 5'-trifosfat (GTP) deluje kot rezervoar proste energije. Gama fosfatna skupina GTP se lahko prenese v adenozin 5'-trifosfat (ADP) in tvori ATP. Ta reakcija je reverzibilna in jo katalizira nukleozid-difosfat kinaza.

- GMP je najbolj stabilna oblika nukleotida, ki vsebuje gvanin. S hidrolizo GMP tvori ciklični GMP (cGMP), ki je drugi prenašalec med medcelično signalizacijo, v prevajalskih poteh. Na primer v celicah fotoreceptorjev in hemoreceptorjev.

- cGMP sodeluje pri sproščanju krvnih žil gladke mišice med biosintezo dušikovega oksida v celicah endotelija.

- Hidroliza GTP gama fosfata služi kot brezplačni vir energije za biosintezo beljakovin v ribosomih.

- Enci helikaze potrebujejo brezplačno energijo iz hidrolize GTP, da med podvajanjem in prepisovanjem DNA ločijo dvojno vijačnico DNK.

- V nevronih hipokampusa je delovanje natrijevih kanalov z napetostjo nadzorovano s hidrolizo GTP v BDP.

Sorodne bolezni

Visoka vsebnost sečne kisline v krvi in ​​urinu je povezana s tremi različnimi presnovnimi napakami, ki jih bomo videli spodaj.

Lesch-Nyhanov sindrom

Zanj je značilno pomanjkanje HPRT (hipoksantin-gvanin fosforibozil-transferaze), encima, pomembnega za recikliranje hipoksantina in gvanina. V tem primeru se ravni PRPP povečajo, IMP in GMP, dva pomembna regulatorja začetne stopnje sinteze purina, pa se ne oblikujeta. Vse to favorizira de novo biosintezo purinov.

Povečana aktivnost sinteze PRPP

To povzroči povečanje ravni PRPP. Ta presnovek deluje kot aktivator glutaminske PRPP-amidotransferaze, ki je odgovoren za sintezo 5-fosforibosilamina, povečuje de novo biosintezo purinov.

Von Gierke sindrom

Gre za bolezen, povezano s shranjevanjem glikogena tipa I. Bolniki s tem sindromom imajo pomanjkljivo glukozno 6-fosfatazo. To povzroči zvišanje ravni 6-fosfata glukoze, ki služi za sintezo riboza 5-fosfata preko pentoznega fosfata.

Ribozni 5-fosfat je začetni presnovek za biosintezo PRPP. Podobno kot v prejšnjih dveh primerih tudi to vodi k povečanju biosinteze purinov.

Povečana sečna kislina v krvi in ​​urinu povzroči simptome, ki so splošno znani kot protin. V primeru sindroma Lesch Nyhan pacienti popolnoma premalo delujejo na encim HPRP, kar vodi v pojav drugih simptomov, vključno s paralizo in duševno zaostalostjo.

Gen HPRP je na kromosomu X. Zato mutacije v tem genu vplivajo na moške. Za zdravljenje nevroloških težav ne obstaja zdravljenje. Simptome, povezane s povečano sečno kislino, zdravimo z alopurinolom.

Reference

1. Dawson, R. et al. 1986. Podatki za biokemijske raziskave. Clarendon Press, Oxford.
2. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. in Rawn, D. 2008. Načela biokemije. 4. izdaja. Pearsonova vzgoja.
3. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biokemija. 3. izdaja
4. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. in Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. 26. izdaja Podjetja McGraw-Hill.
5. Nelson, DL in Cox, M. 1994. Lehninger. Načela biokemije. 4. izdaja. Ed Omega.
6. Sigma-Aldrich. 2019. Guanine Chemical Sheet. Word Wide Web naslov: sigmaaldrich.com.