Gvanozin trifosfat ali gvanozin trifosfata (GTP), je eden od mnogih nukleotidov, ki omogoča shranjevanje fosfat proste energije takoj uporabni za več bioloških funkcijah.
Za razliko od drugih sorodnih fosfatnih nukleotidov, ki ponavadi zagotavljajo potrebno energijo za izvajanje najrazličnejših procesov v različnih celičnih okoliščinah, so nekateri avtorji pokazali, da nukleotidi, kot so GTP, UTP (uridin trifosfat) in CTP (citidin trifosfat), zagotavljajo energijo predvsem v anabolični procesi.
Kemična sestava gvanozin trifosfata ali GTP (vir: Cacycle, prek Wikimedia Commons)
V tem smislu Atkinson (1977) predlaga, da ima GTP funkcije, ki vključujejo aktiviranje številnih anaboličnih procesov z različnimi mehanizmi, kar se je pokazalo v sistemih in vitro in in vivo.
Energija, ki jo vsebujejo njene vezi, zlasti med fosfatnimi skupinami, se uporablja za poganjanje nekaterih celičnih procesov, zlasti v sintezi. Primeri za to so sinteza beljakovin, replikacija DNK in prepisovanje RNA, sinteza mikrotubulov itd.
Struktura
Kot velja za adeninske nukleotide (ATP, ADP in AMP), ima GTP kot svojo osnovno strukturo tri nesporne elemente:
-Geterociklični gvaninski obroč (purin)
- pet ogljikov osnovni sladkor, riboza (furanski obroč) in
-Pritrjene so tri skupine fosfatov
Prva fosfatna skupina GTP je vezana na 5 'ogljika sladkorja riboze in ostanek gvanina je vezan na to molekulo preko 1' ogljika ribofuranoznega obroča.
V biokemijskem smislu je ta molekula guanozin 5'-trifosfat, bolje opisan kot purin trifosfat ali s svojim kemijskim imenom 9-β-D-ribofuranozilguanin-5'-trifosfat.
Sinteza
GTP lahko sintetiziramo novo v številnih evkariotih iz inozinske kisline (inozin 5'-monofosfat, IMP), enega od ribonukleotidov, ki se uporablja za sintezo purinov, ki sta ena od dveh vrst dušikovih baz, od katerih DNK in druge molekule so sestavljene.
Ta spojina, inozinska kislina, je pomembna veja ne le za sintezo purinov, ampak tudi za sintezo fosfatnih nukleotidov ATP in GTP.
Sinteza nukleotidov gvanozin fosfata (GMP, BDP in GTP: gvanozin mono-, di- in trifosfat) se začne s hidroksilacijo NIN +-odvisnega purinskega obroča IMP, ki tvori vmesno spojino ksanthosin monofosfat (XMP). .
To reakcijo katalizira encim, znan kot IMP dehidrogenaza, ki ga allosterno uravnava GMP.
Amidna skupina se nato prenese na tako proizveden XMP (reakcija, odvisna od glutamina in ATP), z delovanjem encima XMP aminaza, kjer nastane molekula gvanozin monofosfata ali GMP.
Ker so najbolj aktivni nukleotidi na splošno trifosfatni nukleotidi, obstajajo encimi, odgovorni za prenos fosfatnih skupin v molekule GMP, ki nastajajo na pravkar opisani poti.
Ti encimi so specifične ATP-odvisne kinaze (kinaze), znane kot gvanilat kinaze in nukleozidne difosfokinaze.
V reakciji, ki jo katalizirajo gvanilat ciklaze, ATP deluje kot darovalec fosfata za pretvorbo GMP v BDP in ATP:
GMP + ATP → BDP + ADP
Gvanin difosfatni nukleotid (BDP) se nato uporabi kot substrat za nukleozidno difosfokinazo, ki ATP uporablja tudi kot darovalca fosfata za pretvorbo BDP v GTP:
BDP + ATP → GTP + ADP
Sinteza po drugih poteh
Obstaja veliko celičnih presnovnih poti, ki lahko proizvajajo GTP, razen biosintetične poti de novo. Običajno to storijo s prenosom fosfatnih skupin, ki prihajajo iz različnih virov, v predhodnike GSR in BDP.
Lastnosti
GTP kot nukleotidni fosfat, analogen ATP, ima nešteto funkcij na celični ravni:
-Podeluje rast mikrotubul, ki so votle epruvete, sestavljene iz beljakovin, znanih kot "tubulin", katerih polimeri imajo sposobnost hidrolize GTP, kar je bistveno za njegovo raztezanje ali rast.
-Je pomemben dejavnik za proteine G ali beljakovine, ki vežejo GTP, ki delujejo kot posredniki v različnih procesih pretvorbe signalov, ki so povezani s cikličnim AMP in njegovimi signalnimi kaskadami.
Ti signalni procesi povzročajo komunikacijo celice z njenim okoljem in notranjih organelov med seboj, še posebej pa so pomembni za izvajanje navodil, zajetih v hormonih in drugih pomembnih dejavnikih pri sesalcih.
Primer teh signalnih poti, ki so za celico velikega pomena, je uravnavanje encima adenilat ciklaze s pomočjo njene interakcije z G proteinom.
Lastnosti
GTP ima številne funkcije, ki so bile dokazane s poskusi in vitro v sistemih brez celic. Iz teh poskusov je bilo mogoče dokazati, da aktivno sodeluje pri:
-Sinteza proteina v evkariotih (tako za začetek kot tudi za podaljšanje peptidov)
-Stimulacija glikozilacije beljakovin
-Sinteza ribosomske RNA v prokariotih in evkariotih
-Sinteza fosfolipidov, zlasti med sintezo diacilglicerola
Določene funkcije
Drugi poskusi, vendar na celičnih ali in vivo sistemih, so dokazali udeležbo GTP v procesih, kot so:
-Porporacija in aktivacija sporov različnih razredov mikroorganizmov, prokariotov in evkariotov
-Sinteza ribosomske RNA v evkariotih
-Med drugim.
Predlagano je bilo tudi, da onkogeni napredek od normalnih do rakavih celic vključuje izgubo nadzora nad rastjo in razmnoževanjem celic, pri čemer sodelujejo številni proteini, ki vežejo GTP in proteinske kinaze s specifično aktivnostjo, ki je odvisna od GTP.
GTP ima tudi spodbudne učinke na uvoz beljakovin v mitohondrijski matriks, kar je neposredno povezano z njegovo hidrolizo (več kot 90% mitohondrijskih beljakovin se sintetizira z ribosomi v citosolu).
Reference
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Bistvena celična biologija. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokemija (3. izd.). San Francisco, Kalifornija: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: Centralni regulator celične anabolizma. V B. Horecker in E. Stadtman (ur.), Aktualne teme o celični ureditvi (letnik 25, str. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biokemija. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). GTP hidroliza je bistvenega pomena za uvoz beljakovin v mitohondrijski matriks. Časopis za biološko kemijo, 273 (3), 1420–1424.