GUANINE: EGENSKABER, STRUKTUR, DANNELSE OG FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den guanin er en nitrogenholdig base, som tjener til biosyntese af guanylat-monophosphat og 5'-5'-monophosphat den deoxiguanilato. Begge stoffer er henholdsvis del af RNA og DNA, der lagrer den genetiske information om celler.

Ribonukleinsyre (RNA) og deoxyribonukleinsyre (DNA) består af nukleotider, der består af en nitrogenholdig base bundet til et sukker- og en phosphatgruppe.

Kilde: NEUROtiker

Foruden at være en del af nukleinsyrer deltager guanin i dens former for nukleosider monophosphat, diphosphat og triphosphater (GMP, BNP og GTP) i processer såsom energimetabolisme, oversættelse af det intracellulære signal, fotoreceptors fysiologi og vesikelfusion.

Kemisk struktur

Den kemiske struktur af guanin (2-amino-6-hydroxypurin) er en heterocyklisk purinring, der består af et system af to bundne ringe: den ene ring er pyrimidin og den anden ring er imidazol.

Guanines heterocykliske ring er flad med nogle konjugerede dobbeltbindinger. Derudover har det to tautomere former, keto- og enolformerne mellem C-1 og N-6-grupperne.

egenskaber

Egenskaber ved guanin er som følger:

- Guanine er et apolært stof. Det er uopløseligt i vand, men det er opløseligt i koncentrerede opløsninger af stærke syrer eller baser.

- Det kan isoleres som et hvidt fast stof, med empiriske formel C ₅ H ₅ N ₅ O og molekylvægt 151,3 g / mol.

- DNA's egenskab ved at absorbere lys ved 260 nm skyldes delvis den kemiske struktur af guanin.

- I DNA danner guanin tre hydrogenbindinger. C-6-carbonylgruppen er en hydrogenbindingsacceptor, N-1-gruppen og C-2-aminogruppen er hydrogenbindingsdonorer.

Af denne grund tager det mere energi at bryde en binding mellem en guanin og en cytosin end for en adenin med en thymin, da det sidstnævnte par kun er forbundet med to hydrogenbindinger.

- I cellen findes den altid som en del af nukleinsyrer eller som GMP, BNP og GTP, aldrig i sin frie form.

biosyntese

Guaninmolekylet, som andre puriner, syntetiseres de novo fra 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphat (PRPP) gennem reaktioner katalyseret af enzymer.

Det første trin består af tilsætningen af ​​en aminogruppe fra glutamin til PRPP og der dannes 5-phosphoribosylamin (PRA).

Efterfølgende sker der i en ordnet sekvens tilføjelse af glycin, aspartat, glutamin, formiat og carbondioxid til PRA. På denne måde dannes en mellemliggende metabolit, kaldet inosin 5'-monophosphat (IMP).

Under denne proces bruges fri energi fra hydrolyse af ATP (adenosin 5'-triphosphat), der producerer ADP (adenosin 5'-diphosphat) og Pi (uorganisk phosphat).

En oxidation af IMP er afhængig af NAD ⁺ (nicotinamid-adenindinucleotid), hvilket producerer xanthin 5'-monophosphat (XMP). Efterfølgende tilsætning af en aminogruppe til XMP producerer guanylatmolekylet.

Regulering af guanylatbiosyntesen finder sted i begyndelsen, når PRA dannes, og i slutningen, når IMP-oxidation finder sted. Regulering sker ved negativ feedback: et GMP-nukleotid hæmmer enzymerne i begge faser.

Under metabolisk nedbrydning af nukleotider genvindes nitrogenholdige baser. GMP dannes af enzymet hypoxanthin-guanin-phosphoribosyltransferase, hvor en phosribosyl-gruppe overføres fra PRPP til guanin.

Fungere

Da guanin ikke findes i sin frie form, er dens funktioner forbundet med GMP, BNP og GTP. Nogle af dem er nævnt nedenfor:

- Guanosine 5'-triphosphate (GTP) fungerer som et reservoir med fri energi. Gammafosfatgruppen af ​​GTP kan overføres til adenosin 5'-triphosphat (ADP) til dannelse af ATP. Denne reaktion er reversibel og katalyseret af nukleosiddiphosphatkinase.

- GMP er den mest stabile form for nukleotidet, der indeholder guanin. Gennem hydrolyse danner GMP cyklisk GMP (cGMP), som er en anden messenger under intracellulær signalering, i oversættelsesveje. For eksempel i fotoreceptoren og kemoreceptorcellerne af lugt.

- cGMP deltager i lempelsen af ​​glatmuskelens blodkar under biosyntesen af ​​nitrogenoxid i endotelets celler.

- Hydrolyse af GTP-gammafosfat fungerer som en gratis energikilde til proteinbiosyntese i ribosomer.

- Hellicase-enzymer har brug for fri energi fra GTP-hydrolyse for at adskille DNA-dobbelthelix under DNA-replikation og transkription.

- I neuroner i hippocampus reguleres virkningen af ​​spændings-gatede natriumkanaler ved hydrolyse af GTP til BNP.

Relaterede sygdomme

Høje niveauer af urinsyre i blodet og urinen er blevet forbundet med tre forskellige metaboliske defekter, som vi vil se nedenfor.

Lesch-Nyhan syndrom

Det er kendetegnet ved en mangel på HPRT (hypoxanthin-guanin-phosphoribosyltransferase), et enzym, der er vigtigt til genanvendelse af hypoxanthin og guanin. I dette tilfælde stiger PRPP-niveauer, og IMP og GMP, to vigtige regulatorer i det indledende trin i purinsyntesen, dannes ikke. Alt dette favoriserer de novo-biosyntese af puriner.

Forøget PRPP-syntaseaktivitet

Dette giver en stigning i PRPP-niveauer. Denne metabolit fungerer som en aktivator af glutamin PRPP-amidotranferase, der er ansvarlig for syntesen af ​​5-phosphoribosylamin, hvilket øger de novo biosyntesen af ​​puriner.

Von Gierke syndrom

Det er en type glycogenlagringsrelateret sygdom. Patienter med dette syndrom har en defekt glukose 6-phosphatase. Dette frembringer en stigning i niveauerne af glukose 6-phosphat, der tjener til syntese af ribose 5-phosphat via pentosefosfat.

Ribose 5-phosphat er udgangsmetabolitten til PRPP-biosyntese. I lighed med de to foregående tilfælde fører dette til en stigning i de novo-biosyntese af puriner.

Forøget urinsyre i blodet og urinen forårsager symptomer, der ofte er kendt som gigt. I tilfælde af Lesch Nyhan-syndrom mangler patienter fuldstændigt aktiviteten af ​​HPRP-enzymet, hvilket fører til manifestation af andre symptomer, herunder lammelse og mental retardering.

HPRP-genet er på kromosomet X. Derfor påvirker mutationer i dette gen hanner. Der er ingen behandling til behandling af neurologiske problemer. Symptomer forbundet med forøget urinsyre behandles med allopurinol.

Referencer

1. Dawson, R. et al. 1986. Data til biokemisk forskning. Clarendon Press, Oxford.
2. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. And Rawn, D. 2008. Principper for biokemi. 4. udgave. Pearson Uddannelse.
3. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biokemi. 3. udgave.
4. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. 26. udgave. McGraw-Hill-virksomheder.
5. Nelson, DL og Cox, M. 1994. Lehninger. Principper for biokemi. 4. udgave. Ed Omega.
6. Sigma-Aldrich. 2019. Guanine Chemical Sheet. Word Wide Web-adresse: sigmaaldrich.com.