Guanosiinitrifosfaatin tai guanosiinitrifosfaatin (GTP) on yksi monista nukleotidin pystyvät tallentamaan fosfaatin vapaan energian helposti käytettävissä useita biologisia toimintoja.
Toisin kuin muut vastaavat fosfaatinukleotidit, jotka yleensä tarjoavat tarvittavaa energiaa monenlaisten prosessien suorittamiseksi erilaisissa soluympäristöissä, jotkut kirjoittajat ovat osoittaneet, että nukleotidit, kuten GTP, UTP (uridiinitrifosfaatti) ja CTP (sytidiinitrifosfaatti) tarjoavat energiaa pääasiassa anaboliset prosessit.
Guanosiinitrifosfaatin tai GTP: n kemiallinen rakenne (Lähde: Cacycle, Wikimedia Commonsin kautta)
Tässä mielessä Atkinson (1977) ehdottaa, että GTP: llä on toimintoja, joihin liittyy monien anabolisten prosessien aktivointi erilaisten mekanismien avulla, mikä on osoitettu sekä in vitro että in vivo -järjestelmissä.
Sen sidoksissa olevaa energiaa, erityisesti fosfaattiryhmien välillä, käytetään joidenkin etenkin synteesiin liittyvien soluprosessien ohjaamiseen. Esimerkkejä tästä ovat proteiinisynteesi, DNA-replikaatio ja RNA-transkriptio, mikrotubulusynteesi jne.
Rakenne
Kuten adeniininukleotideillä (ATP, ADP ja AMP), GTP: llä on kolme kiistatonta elementtiä perusrakenteessa:
-A heterosyklinen guaniinirengas (puriini)
- viiden hiilen emäksinen sokeri, riboosi (furaanirengas) ja
-Kolme fosfaattiryhmää kiinnittyneenä
GTP: n ensimmäinen fosfaattiryhmä on kiinnittynyt riboosisokerin 5'-hiileen ja guaniinitähde kiinnittyy tähän molekyyliin ribofuranoosirenkaan 1'-hiilen läpi.
Biokemiallisesti tämä molekyyli on guanosiini-5'-trifosfaatti, jota kuvataan paremmin puriinitrifosfaattina tai kemiallisella nimellään 9-β-D-ribofuranosyyliguaniini-5'-trifosfaatti.
Synteesi
GTP voidaan syntetisoida de novo monissa eukaryooteissa inosiinihaposta (inosiini-5'-monofosfaatti, IMP), joka on yksi puriinien synteesissä käytetyistä ribonukleotideista, jotka ovat yksi kahdesta typpipohjaisesta typpiemäksestä, joista DNA ja muut molekyylit koostuvat.
Tämä yhdiste, inosiinihappo, on tärkeä haarakohta paitsi puriinien synteesille myös fosfaatinukleotidien ATP ja GTP synteesille.
Guanosiinifosfaatinukleotidien (GMP, GDP ja GTP: vastaavasti) synteesi alkaa IMP: n puriinirenkaan NAD +: sta riippuvalla hydroksylaatiolla, jolloin muodostuu välituoteyhdiste ksantosiinimonofosfaatti (XMP)..
Tätä reaktiota katalysoi entsyymi, joka tunnetaan nimellä IMP dehydrogenaasi, jota allosterisesti säätelee GMP.
Sitten amidiryhmä siirretään näin tuotettuun XMP: hen (glutamiinista ja ATP: stä riippuvainen reaktio) XMP-amiinaasi-entsyymin vaikutuksesta, jolloin tuotetaan guanosiinimonofosfaatin tai GMP: n molekyyli.
Koska aktiivisimmat nukleotidit ovat yleensä trifosfaattinukleotidejä, on entsyymejä, jotka vastaavat fosfaattiryhmien siirrosta GMP-molekyyleihin, jotka muodostuvat juuri kuvatulla reitillä.
Nämä entsyymit ovat spesifisiä ATP-riippuvaisia kinaaseja (kinaaseja), jotka tunnetaan guanylaattikinaaseina ja nukleosididifosfokinaaseina.
Guanylaattisyklaasien katalysoimassa reaktiossa ATP toimii fosfaatin luovuttajana GMP: n muuntamiseksi BKT: ksi ja ATP: ksi:
GMP + ATP → BKT + ADP
Guaniinidifosfaatinukleotidia (GDP) käytetään myöhemmin substraattina nukleosididifosfokinaasille, joka käyttää myös ATP: tä fosfaatin luovuttajana BKT: n muuntamiseksi GTP: ksi:
BKT + ATP → GTP + ADP
Synteesi muilla reiteillä
On olemassa monia solun metabolisia reittejä, jotka kykenevät tuottamaan GTP: tä, muuta kuin de novo -biosynteettistä reittiä. Ne tekevät sen yleensä siirtämällä fosfaattiryhmiä, jotka ovat peräisin eri lähteistä, kohti GMP: n ja BKT: n prekursoreja.
ominaisuudet
GTP: llä, kuten ATP: llä analogisella nukleotidifosfaatilla, on lukemattomia toimintoja solutasolla:
- osallistuu mikrotubulusten kasvuun, jotka ovat onttoja putkia, jotka koostuvat ”tubuliinina” kutsutusta proteiinista ja joiden polymeereillä on kyky hydrolysoida GTP, joka on välttämätöntä sen pidentymiselle tai kasvulle.
-Se on olennainen tekijä G-proteiineille tai GTP: tä sitoville proteiineille, jotka toimivat välittäjinä erilaisissa signaalinsiirtoprosesseissa, jotka puolestaan liittyvät syklisiin AMP: een ja sen signalointikakadiin.
Nämä signalointiprosessit johtavat solun yhteyteen ympäristöönsä ja sen sisäisiin organeloleihin keskenään, ja ovat erityisen tärkeitä hormonien ja muiden tärkeiden tekijöiden koodattujen ohjeiden suorittamisessa nisäkkäissä.
Esimerkki näistä signalointireiteistä, joilla on suuri merkitys solulle, on adenylaattisyklaasin entsyymin säätely sen vuorovaikutuksessa G-proteiinin kanssa.
ominaisuudet
GTP: llä on monia toimintoja, jotka on osoitettu in vitro -kokeilla "soluttomissa" järjestelmissä. Näistä kokeista on voitu osoittaa osallistuneensa aktiivisesti:
-Proteiinisynteesi eukaryooteissa (sekä peptidien aloittamista että pidentämistä varten)
- Proteiiniglykosylaation stimulointi
-Ribosomaalisen RNA: n synteesi prokaryooteissa ja eukaryooteissa
-Fosfolipidien synteesi, erityisesti diasyyliglyserolin synteesin aikana
Tietyt toiminnot
Muut kokeet, mutta solu- tai in vivo -järjestelmissä ovat osoittaneet GTP: n osallistumisen esimerkiksi seuraaviin prosesseihin:
- Eri luokkien mikro-organismien, prokaryoottien ja eukaryootien itiöiden sporaatio ja aktivointi
-Ribosomaalisen RNA: n synteesi eukaryooteissa
-Muun muassa.
On myös ehdotettu, että onkogeeniseen etenemiseen normaaleista soluista syöpäsoluihin sisältyy solujen kasvun ja lisääntymisen hallinnan menetys, missä osallistuvat monet GTP: tä sitovat proteiinit ja proteiinikinaasit, joilla on spesifinen GTP: stä riippuvainen aktiivisuus.
GTP: llä on myös stimuloivia vaikutuksia proteiinien tuontiin mitokondriaalimatriisiin, joka liittyy suoraan sen hydrolyysiin (yli 90% mitokondrioproteiineista syntetisoidaan sytosolin ribosomien avulla).
Viitteet
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Oleellinen solubiologia. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis -ryhmä.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokemia (3. painos). San Francisco, Kalifornia: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: Solun anabolian keskusregulaattori. Julkaisuissa B. Horecker & E. Stadtman (toim.), Cellular Regulationin tämänhetkiset aiheet (osa 25, s. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biokemia. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). GTP-hydrolyysi on välttämätöntä proteiinien tuonnissa mitokondriaalimatriisiin. Journal of Biological Chemistry, 273 (3), 1420–1424.