Det cykliske GMP, guanosinmonophosphat, også kendt som cyklisk guanosinmonophosphat eller guanosin 3 af ', 5'-monophosphat, er et nukleotid involveret i adskillige processer cyklisk celle, især de relaterede signalering og intercellulær kommunikation.
Det blev beskrevet for første gang for mere end 40 år siden kort efter opdagelsen af dets analoge, cykliske AMP, der adskiller sig fra det med hensyn til den nitrogenholdige base, da det ikke er et nukleotid af guanin men af adenin.
Kemisk struktur af cyklisk guanosinmonophosphat eller GMP (Kilde: en: Bruger: Diberri via Wikimedia Commons)
Som andre cykliske nukleotider, såsom ovennævnte cykliske AMP eller cykliske CTP (cyklisk cytidinmonophosphat), er strukturen af cyklisk GMP afgørende for dets kemiske egenskaber og biologiske aktivitet ud over at gøre det mere stabilt end dets modstykke.
Dette nukleotid produceres af et enzym kendt som guanylyl cyclase og er i stand til at skyde signalkaskader af cyklisk afhængige GMP-proteinkinaser på en lignende måde som cyklisk AMP.
Det er ikke kun beskrevet hos pattedyr, der er meget komplekse dyr, men også i de enkleste prokaryoter, inkluderet i kongerigerne eubakterier og archaea. Dens tilstedeværelse i planter er stadig et spørgsmål om debat, men bevis tyder på, at det er fraværende i disse organismer.
Dannelse og nedbrydning
Den intracellulære koncentration af de cykliske guanin-nukleotider såvel som adenin-koncentrationen er ekstremt lav, især sammenlignet med dets ikke-cykliske analoger, der er mono-, di- eller triphosphat.
Imidlertid kan niveauerne af dette nukleotid ændres selektivt i nærvær af visse hormonelle stimuli og andre faktorer, der opfører sig som primære budbringere.
Metabolismen af cyklisk GMP er delvist uafhængig af metabolismen af cyklisk AMP og andre analoge nukleotider. Dette produceres fra GTP af et enzymsystem kendt som guanylyl cyclase eller guanylat cyclase, som er et delvist opløseligt enzym i de fleste væv.
Guanylat-cyclase-enzymer er ansvarlige for "cyklisering" af phosphatgruppen i position 5 'i sukkerresten (ribose), hvilket forårsager binding af det samme phosphat til to forskellige OH-grupper i det samme molekyle.
Dette enzym er meget rigeligt i tyndtarmen og lungerne hos pattedyr, og den mest aktive kilde findes i sædcellerne fra en art af kråkeboller. I alle de organismer, der er undersøgt, afhænger det af divalente manganioner, der adskiller det fra adenylatcyklaser, som afhænger af magnesium eller zink.
Nedbrydningen af cyklisk GMP medieres af cykliske nucleotidphosphodiesteraser, der ikke synes at være specifikke, da det har vist sig, at de samme enzymer er i stand til at bruge både cyklisk AMP og cyklisk GMP som hydrolyserbare substrater.
Begge processer, dannelse og nedbrydning, kontrolleres omhyggeligt intracellulært.
Struktur
Strukturen af cyklisk GMP er ikke signifikant forskellig fra strukturen for andre cykliske nukleotider. Som navnet antyder (guanosin 3 ', 5'-monophosphat) har en fosfatgruppe bundet til ilt ved carbonet i 5'-stillingen af et ribosesukker.
Nævnte ribosesukker er på samme tid knyttet til nitrogenbasen i den heterocykliske guaninring ved hjælp af en glycosidbinding med carbonet i 1 'positionen af ribose.
Den fosfatgruppe, der er bundet til oxygenatomet i 5'-positionen af ribose, smeltes gennem en phosphodiesterbinding, der forekommer mellem den samme phosphatgruppe og oxygenet i carbonet i 3'-positionen af ribose, således at der dannes et 3'-5'- "trans-fused" phosphat (3'-5'- trans-fused phosphate).
Fusionen af phosphatgruppen eller dens "cyklisering" forårsager en stigning i stivheden af molekylet, da det begrænser den frie rotation af bindingerne i furanringen af ribose.
Som det også er tilfældet for cyklisk AMP, er den glycosidiske binding mellem guaninringen og ribosen og dens rotationsfrihed vigtige strukturelle parametre til den specifikke genkendelse af cyklisk GMP.
Funktioner
I modsætning til de mange og meget varierede funktioner, som andre analoge cykliske nukleotider, såsom cyklisk AMP, har funktionen af cyklisk GMP lidt mere begrænset:
1-Deltager i signalprocesserne som svar på lysstimulering af visuelle pigmenter. Dens koncentration ændres på grund af aktiveringen af et G-protein, der opfatter lysstimuleringen og interagerer med en GMP-afhængig cyklisk phosphodiesterase.
Ændringer i niveauerne af dette nukleotid ændrer permeabiliteten af membranen i de stavformede okulære celler til natriumioner, hvilket forårsager andre ændringer, der afslutter transmissionen af stimulansen til synsnerven.
2-Det har funktioner i muskelkontraktion og afslapningscyklus for glat muskel som svar på nitrogenoxid og andre kemiske forbindelser af forskellig art.
3-En stigning i dens koncentration på grund af reaktionen på natriuretiske peptider er relateret til reguleringen af bevægelsen af natrium- og vandioner gennem cellemembraner.
4-I nogle organismer kan cyklisk GMP konkurrere med cyklisk AMP om cyklisk nucleotid-phosphodiesterase, og tilsætningen af cyklisk GMP kan bidrage til en stigning i koncentrationen af cyklisk AMP ved at reducere dens nedbrydning.
5-bakterier såsom E. coli øger deres niveauer af cyklisk GMP, når de udsættes for kemo-tiltrækkende midler, hvilket indikerer, at dette nukleotid er involveret i signalprocesser som respons på disse kemiske stimuli.
6-Det er blevet bestemt, at cyklisk GMP også har vigtige implikationer i vasodilaterings- og erektionsprocesser hos pattedyr.
7-Mange gateionkanaler (calcium og natrium) reguleres af intracellulære ligander, der specifikt bruger cyklisk GMP.
Referencer
- Botsford, JL (1981). Cykliske nukleotider i prokaryoter. Mikrobiologiske anmeldelser, 45 (4), 620–642.
- Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Biokemi (4. udg.). Boston, USA: Brooks / Cole. CENGAGE Læring.
- Hardman, J., Robison, A., & Sutherland, E. (1971). Cykliske nukleotider. Årlige anmeldelser i fysiologi, 33, 311–336.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger-principper for biokemi. Omega-udgaver (5. udgave).
- Newton, RP, & Smith, CJ (2004). Cykliske nukleotider. Fytokemi, 65, 2423-2437.