Guanina: egenskaper, struktur, träning och funktioner

Guanin är en kvävebas som används för biosyntes av guanylat-5'-monofosfat och deoxyguanilat-5'-monofosfat. Båda ämnena är respektive delar av RNA och DNA, som lagrar cellens genetiska information.

Ribonukleinsyran (RNA) och deoxiribonukleinsyran (DNA) bildas av nukleotider, vilka utgöres av en kvävebas förbunden med en socker- och en fosfatgrupp.

Förutom att vara en del av nukleinsyror, deltar guanin i dess former av nukleosidmonofosfat, difosfat och trifosfater (GMP, BNP och GTP) i processer som energi metabolism, intracellulär signalomvandling, fotoreceptors fysiologi och fusion av blåsor.

Kemisk struktur

Den kemiska strukturen av guanin (2-amino-6-hydroxypurin) är en heterocyklisk purinring, som består av ett system med två förenade ringar: en ring är pyrimidin och den andra ringen är imidazol.

Den heterocykliska ringen av guanin är platt och med några konjugerade dubbelbindningar. Dessutom har den två tautomera former, keto- och enolformerna, mellan C-1- och N-6-grupperna.

särdrag

Egenskaperna hos guanina är följande:

- Guanin är en apolär substans. Det är olösligt i vatten, men det är lösligt i koncentrerade lösningar av starka syror eller baser.

- Det kan isoleras som ett vitt fast ämne med empirisk formel C5H5N5O och molekylvikt 151, 3 g / mol.

- Egenskapen att absorbera ljus vid 260 nm av DNA beror delvis på den kemiska strukturen av guanin.

- I DNA bildar guanin tre vätebindningar. Karbonylgruppen C-6 är en vätebindningsacceptor, N-1-gruppen och aminogruppen i C-2 är vätebindningsdonorer.

Av denna anledning behövs mer energi för att bryta en koppling mellan guanin och cytosin än en adenin med en tymin, eftersom detta sista par är kopplat av endast två vätebindningar.

- I cellen är den alltid en del av nukleinsyrorna eller som GMP, BNP och GTP, aldrig i sin fria form.

biosyntes

Guaninmolekylen, som andra puriner, syntetiseras de novo från 5-fosforibosyl-1-pyrofosfat (PRPP) genom reaktioner katalyserade av enzymer.

Det första steget är tillsatsen av en aminogrupp, från glutamin till PRPP och 5-fosforibosylamin (PRA) bildas.

Därefter sker i en ordnad sekvens tillsatsen av glycin, aspartat, glutamin, formiat och koldioxid till PRA. På så sätt bildas en mellanliggande metabolit som kallas inosin 5'-monofosfat (IMP).

Under denna process används den fria energin hos hydrolysen av ATP (adenosin 5'-trifosfat), vilket ger ADP (adenosin 5'-difosfat) och Pi (oorganiskt fosfat).

En oxidation av IMP beror på NAD + (nikotinamid-dinukleotid och adenin), det ger xantin-5'-monofosfat (XMP). Den efterföljande tillsatsen av en aminogrupp till XMP producerar guanylatmolekylen.

Reglering av guanilatbiosyntes utförs i början, när PRA bildas, och i slutet när oxidationen av IMP inträffar. Reglering sker genom negativ återkoppling: en GMP-nukleotid inhiberar enzymerna i båda stegen.

Under den metaboliska nedbrytningen av nukleotiderna återvinns de kvävebaserade baserna. GMP bildas av enzymet hypoxantin-guanin fosforibosyltransferas, överföring av en fosribosylgrupp från PRPP till guanin.

funktion

Eftersom guanin inte finns i sin fria form, är dess funktioner associerade med GMP, BNP och GTP. Här är några av dem:

- Guanosin 5'-trifosfat (GTP) fungerar som en reservoar av fri energi. Gamma fosfatgruppen av GTP kan överföras till adenosin 5'-trifosfat (ADP), för att bilda ATP. Denna reaktion är reversibel och katalyseras av nukleosiddifosfatkinas.

- GMP är den mest stabila formen av nukleotiden som innehåller guanin. Genom hydrolys bildar GMP cyklisk GMP (cGMP), som är en andra budbärare under intracellulär signalering, i översättningsvägarna. Till exempel i luktens fotoreceptor och kemoreceptorceller.

- cGMP deltar i avslappning av blodkärl med glattmuskel under biosyntesen av kväveoxid i endotelceller.

- Hydrolysen av GTP-gammafosfat tjänar som en källa till fri energi för proteinbiosyntes i ribosomer.

- Hygienerna i enzymerna behöver den fria energin av GTP-hydrolys för att separera DNA: s dubbla helix under DNA-replikation och transkription.

- I hippocampala neuroner regleras verkan av spänningsberoende natriumkanaler genom hydrolysen av GTP till BNP.

Relaterade sjukdomar

De höga halterna av urinsyra i blod och urin har förknippats med tre olika metaboliska defekter, vilket vi kommer att se nedan.

Lesch-Nyhan syndrom

Det kännetecknas av bristen på HPRT (hypoxantin-guanin fosforibosyltransferas), ett viktigt enzym för återvinning av hypoxantin och guanin. I det här fallet ökar det PRPP-nivåerna och bildar inte IMP och GMP, två viktiga regulatorer av den initiala scenen av purinsyntes. Allt detta gynnar de novo biosyntesen av puriner.

Aktiviteten för PRPP-syntas ökade

Detta ger en ökning av PRPP-nivåerna. Denna metabolit verkar som en aktivator av glutamin PRPP-amidotransferas, som är ansvarig för syntesen av 5-fosforibosylamin, vilket ökar de novo biosyntesen av puriner.

Von Gierke syndrom

Det är en sjukdom som är relaterad till lagringen av typ I glykogen. Patienter med detta syndrom har ett defekt glukos-6-fosfatas. Detta ger en ökning i nivåerna av glukos 6-fosfat, vilket tjänar till syntes av ribos-5-fosfat via pentosfosfat.

Ribos-5-fosfat är utgångsmetaboliten för biosyntes av PRPP. I likhet med de två tidigare fallen leder detta till en ökning av purins de novo biosyntes.

Ökningen av urinsyra i blod och urin orsakar symtom som vanligtvis kallas gikt. När det gäller Lesch Nyhan syndrom saknar patienter fullständigt HPRP enzymets aktivitet, vilket leder till manifestationen av andra symtom som inkluderar förlamning och mental retardation.

HPRP-genen ligger på X-kromosomen. Därför påverkar mutationer i denna gen hanar. Det finns ingen behandling för att behandla neurologiska problem. Symtom i samband med ökad urinsyra behandlas med allopurinol.