GUANINE: EGENSKAPER, STRUKTUR, BILDNING OCH FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den guanin är en kvävehaltig bas, som tjänar för biosyntesen av guanylat monofosfat och 5'-5'-monofosfat i deoxiguanilato. Båda substanserna är en del av RNA respektive DNA, som lagrar cellernas genetiska information.

Ribonukleinsyra (RNA) och deoxiribonukleinsyra (DNA) består av nukleotider, som består av en kvävehaltig bunden till ett socker- och en fosfatgrupp.

Källa: NEUROtiker

Förutom att vara en del av nukleinsyror deltar guanin i sina former av nukleosider monofosfat, difosfat och trifosfater (GMP, BNP och GTP) i processer som energimetabolism, översättning av den intracellulära signalen, fotoreceptors fysiologi och vesikelfusion.

Kemisk struktur

Den kemiska strukturen hos guanin (2-amino-6-hydroxipurin) är en heterocyklisk purinring, bestående av ett system av två länkade ringar: en ring är pyrimidin och den andra ringen är imidazol.

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

egenskaper

Egenskaperna hos guanin är följande:

- Guanine är ett apolärt ämne. Det är olösligt i vatten, men det är lösligt i koncentrerade lösningar av starka syror eller baser.

- Den kan isoleras som ett vitt fast material, med den empiriska formeln C ₅ H ₅ N ₅ O, och molekylvikt 151,3 g / mol.

- DNA: s egenskap att absorbera ljus vid 260 nm beror delvis på den kemiska strukturen hos guanin.

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

Av detta skäl tar det mer energi att bryta en bindning mellan en guanin och en cytosin än den för en adenin med en tymin, eftersom det senare paret är länkat med endast två vätebindningar.

- I cellen finns det alltid som en del av nukleinsyror eller som GMP, BNP och GTP, aldrig i sin fria form.

Biosyntes

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

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

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

Under denna process används fri energi från hydrolysen av ATP (adenosin 5'-trifosfat), som producerar ADP (adenosin 5'-difosfat) och Pi (oorganiskt fosfat).

En oxidation av IMP är beroende av NAD ⁺ (nikotinamid adenindinukleotid), vilket producerar xantin 5'-monofosfat (XMP). Efterföljande tillsats av en aminogrupp till XMP producerar guanylatmolekylen.

Reglering av guanylatbiosyntes sker i början, när PRA bildas och i slutet, när IMP-oxidation sker. Reglering sker genom negativ feedback: en GMP-nukleotid hämmar enzymerna i båda stadierna.

Under metabolisk nedbrytning av nukleotider återvinns kvävebaser. GMP bildas av enzymet hypoxantin-guanin-fosforibosyltransferas, vilket överför en fosribosylgrupp från PRPP till guanin.

Fungera

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

- Guanosine 5'-trifosfat (GTP) fungerar som en behållare med fri energi. Gammafosfatgruppen i 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 messenger under intracellulär signalering, i översättningsvägarna. Till exempel i fotoreceptorn och kemoreceptor luktceller.

- cGMP deltar i avslappningen av glattmuskelns blodkärl under biosyntesen av kväveoxid i endotelets celler.

- Hydrolysen av GTP-gammafosfat fungerar som en fri energikälla för proteinbiosyntes i ribosomer.

- Hellikase-enzymer behöver fri energi från GTP-hydrolys för att separera DNA-dubbelhelixen under DNA-replikering och transkription.

- I neuroner i hippocampus regleras verkan av spänningsgrindade natriumkanaler genom hydrolys av GTP till BNP.

Relaterade sjukdomar

Höga nivåer av urinsyra i blod och urin har associerats med tre olika metaboliska defekter, som vi kommer att se nedan.

Lesch-Nyhan syndrom

Det kännetecknas av en brist på HPRT (hypoxantin-guanin-fosforibosyltransferas), ett enzym som är viktigt för återvinning av hypoxantin och guanin. I detta fall ökar PRPP-nivåerna och IMP och GMP, två viktiga regulatorer för det initiala steget för purinsyntes, bildas inte. Allt detta gynnar de novo-biosyntesen av puriner.

Ökad PRPP-syntasaktivitet

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

Von Gierke syndrom

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

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

Ökad urinsyra i blod och urin orsakar symtom som vanligtvis kallas gikt. När det gäller Lesch Nyhan-syndrom saknar patienterna fullständigt aktiviteten hos HPRP-enzymet, vilket leder till manifestation av andra symtom, inklusive förlamning och mental retardering.

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

referenser

1. Dawson, R. et al. 1986. Data för biokemisk forskning. Clarendon Press, Oxford.
2. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. And Rawn, D. 2008. Principles of Biochemistry. 4: e upplagan. Pearson Education.
3. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biokemi. 3: e upplagan.
4. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. 26: e upplagan. McGraw-Hill-företag.
5. Nelson, DL och Cox, M. 1994. Lehninger. Principer för biokemi. 4: e upplagan. Ed Omega.
6. Sigma-Aldrich. 2019. Chemical Sheet Guanine. Word bred webbadress: sigmaaldrich.com.