Den guanosintriphosphat eller guanosintriphosphat (GTP) er en af mange nukleotider kan lagre phosphat fri energi let anvendelig for flere biologiske funktioner.
I modsætning til andre beslægtede fosfatnukleotider, som normalt giver den nødvendige energi til at udføre en lang række processer i forskellige cellulære sammenhænge, har nogle forfattere vist, at nukleotider såsom GTP, UTP (uridintriphosphat) og CTP (cytidintriphosphat) hovedsageligt leverer energi i anabolske processer.
Kemisk struktur af Guanosine Triphosphate eller GTP (Kilde: Cacycle, via Wikimedia Commons)
I denne forstand antyder Atkinson (1977), at GTP har funktioner, der involverer aktivering af mange anabolske processer gennem forskellige mekanismer, som er blevet demonstreret i både in vitro og in vivo systemer.
Energien indeholdt i dens bindinger, især mellem fosfatgrupper, bruges til at drive nogle cellulære processer involveret især i syntesen. Eksempler på dette er proteinsyntese, DNA-replikation og RNA-transkription, mikrotubulesyntese osv.
Struktur
Som det gælder adeninnukleotider (ATP, ADP og AMP), har GTP tre udiskuterbare elementer som dens grundlæggende struktur:
-En heterocyklisk guaninring (purin)
-En basissukker med fem kulstof, ribose (furanring) og
- Tre fosfatgrupper knyttet
Den første phosphatgruppe af GTP er bundet til 5 'carbon i ribosesukkeret, og guaninresten er bundet til dette molekyle gennem 1' carbon i ribofuranose-ringen.
I biokemiske termer er dette molekyle et guanosin 5'-triphosphat, bedre beskrevet som et purintriphosphat eller med dets kemiske navn 9-ß-D-ribofuranosylguanin-5'-triphosfat.
syntese
GTP kan syntetiseres de novo i mange eukaryoter fra inosinsyre (inosin 5'-monophosphat, IMP), et af de ribonukleotider, der bruges til syntese af puriner, som er en af de to typer nitrogenholdige baser, hvoraf DNA og andre molekyler består.
Denne forbindelse, inosinsyre, er et vigtigt grenpunkt ikke kun til syntese af puriner, men også til syntese af phosphatnukleotiderne ATP og GTP.
Syntesen af henholdsvis guanosinphosphatnukleotiderne (GMP, BNP og GTP: guanosin mono-, di- og triphosphat) begynder med NAD + -afhængig hydroxylering af purinringen af IMP, der danner den mellemliggende forbindelse xanthosin monophosphate (XMP)..
Denne reaktion katalyseres af et enzym kendt som IMP dehydrogenase, som er allosterisk reguleret af GMP.
En amidgruppe overføres derefter til den således producerede XMP (glutamin og ATP-afhængig reaktion) gennem virkningen af enzymet XMP-aminase, hvor et molekyle guanosinmonophosphat eller GMP produceres.
Da de mest aktive nukleotider generelt er triphosphatnukleotider, er der enzymer, der er ansvarlige for overførslen af phosphatgrupper til GMP-molekyler, der genereres på den netop beskrevne rute.
Disse enzymer er specifikke ATP-afhængige kinaser (kinaser) kendt som guanylatkinaser og nukleosiddiphosphokinaser.
I reaktionen katalyseret af guanylatcyklaser fungerer ATP som en fosfatdonor til omdannelse af GMP til BNP og ATP:
GMP + ATP → BNP + ADP
Guanindiphosphat (BNP) nukleotid bruges derefter som et underlag til en nukleosiddiphosphokinase, der også bruger ATP som en fosfatdonor til omdannelse af BNP til GTP:
BNP + ATP → GTP + ADP
Syntese ved andre ruter
Der er mange cellulære metabolske veje, der er i stand til at producere GTP andre end den de novo biosyntetiske vej. Disse gør det normalt gennem overførsel af fosfatgrupper, der kommer fra forskellige kilder, mod GMP- og BNP-forløbere.
Funktioner
GTP har som et nukleotidphosphat analogt med ATP utallige funktioner på det cellulære niveau:
-Deltager i væksten af mikrotubuli, som er hule rør sammensat af et protein kendt som "tubulin", hvis polymerer har evnen til at hydrolysere GTP, hvilket er essentielt for dets forlængelse eller vækst.
-Det er en væsentlig faktor for G-proteiner eller GTP-bindende proteiner, der fungerer som formidlere i forskellige signaltransduktionsprocesser, der igen er relateret til cyklisk AMP og dens signaleringskaskader.
Disse signalprocesser resulterer i kommunikation af cellen med dens omgivelser og dens indre organeller med hinanden og er især vigtige til udførelse af instruktionerne kodet i hormoner og andre vigtige faktorer hos pattedyr.
Et eksempel på disse signalveje af stor betydning for cellen er reguleringen af enzymet adenylatcyklase gennem dets interaktion med et G-protein.
Funktioner
GTP har mange funktioner, der er demonstreret gennem in vitro-eksperimenter i "cellefrie" systemer. Fra disse eksperimenter har det været muligt at demonstrere, at det aktivt deltager i:
-Proteinsyntese i eukaryoter (både til initiering og forlængelse af peptider)
-Stimulering af proteinglykosylering
-Syntesen af ribosomalt RNA i prokaryoter og eukaryoter
-Syntesen af phospholipider, især under syntesen af diacylglycerol
Visse funktioner
Andre eksperimenter, men i cellulære eller in vivo-systemer har bevist GTP's deltagelse i processer såsom:
-Sporulering og aktivering af sporer fra forskellige klasser af mikroorganismer, prokaryoter og eukaryoter
-Syntese af ribosomalt RNA i eukaryoter
-Blandt andet.
Det er også blevet foreslået, at onkogen fremgang fra normale celler til kræftceller involverer tab af kontrol over cellevækst og proliferation, hvor mange GTP-bindende proteiner og proteinkinaser med specifik GTP-afhængig aktivitet deltager.
GTP har også stimulerende virkninger på importen af proteiner i mitochondrial matrix, som er direkte relateret til dens hydrolyse (mere end 90% af mitochondriale proteiner syntetiseres af ribosomer i cytosolen).
Referencer
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Væsentlig cellebiologi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokemi (3. udg.). San Francisco, Californien: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: En central regulator af cellulær anabolisme. I B. Horecker & E. Stadtman (Eds.), Aktuelle emner i cellulær regulering (bind 25, s. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biokemi. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson forlag.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). GTP-hydrolyse er afgørende for proteinimport i den mitokondriske matrix. Journal of Biologisk Kemi, 273 (3), 1420–1424.