ГУАНІН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФОРМУВАННЯ ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Гуанін є азотистих основ , яке служить для біосинтезу гуанілатциклази монофосфата і 5'-5-монофосфату в deoxiguanilato. Обидві речовини входять, відповідно, до РНК і ДНК, які зберігають генетичну інформацію про клітини.

Рибонуклеїнова кислота (РНК) і дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) складаються з нуклеотидів, які складаються з азотистої основи, приєднаної до цукру та фосфатної групи.

Джерело: NEUROtiker

Гуанін, крім того, що входить до складу нуклеїнових кислот, у своїх формах нуклеозидів монофосфат, дифосфат та трифосфати (GMP, ВВП та GTP) бере участь у таких процесах, як енергетичний обмін, переклад внутрішньоклітинного сигналу, фізіологія фоторецепторів та злиття везикул.

Хімічна структура

Хімічна структура гуаніну (2-аміно-6-гідроксипурину) - гетероциклічне пуринове кільце, що складається з системи з двох пов'язаних кілець: одне кільце - піримідин, а друге кільце - імідазол.

Гетероциклічне кільце Гуаніна плоске з деякими сполученими подвійними зв’язками. Крім того, він має дві таутомерні форми - кето та енольну форми між групами С-1 та N-6.

характеристики

Характеристики гуаніну такі:

- Гуанін - це аполярна речовина. Він нерозчинний у воді, але розчинний у концентрованих розчинах сильних кислот або основ.

- Він може бути виділений у вигляді білого твердого речовини з емпіричною формулою C ₅ H ₅ N ₅ O та молекулярною масою 151,3 г / моль.

- властивість ДНК поглинати світло при 260 нм, зокрема, обумовлена ​​хімічною структурою гуаніну.

- У ДНК гуанін утворює три водневі зв’язки. Карбонільна група С-6 є акцептором водневої зв'язку, група N-1 і аміногрупа C-2 є донорами водневих зв'язків.

З цієї причини для розриву зв'язку між гуаніном і цитозином потрібно більше енергії, ніж у аденіну з тиміном, оскільки остання пара пов'язана лише двома водневими зв’язками.

- У клітині він завжди знаходиться як частина нуклеїнових кислот або як GMP, GDP та GTP, ніколи у вільній формі.

Біосинтез

Молекула гуаніну, як і інші пурини, синтезується de novo з 5-фосфорибозил-1-пірофосфату (PRPP) за допомогою реакцій, каталізованих ферментами.

Перший крок полягає в приєднанні аміногрупи, від глютаміну, до PRPP і утворюється 5-фосфорибосиламін (PRA).

Згодом у впорядкованій послідовності відбувається додавання гліцину, аспартату, глютаміну, формата та вуглекислого газу до PRA. Таким чином утворюється проміжний метаболіт, який називається інозин 5'-монофосфатом (ІМП).

Під час цього процесу використовується гідрна енергія від гідролізу АТФ (аденозин 5'-трифосфат), який виробляє АДФ (аденозин 5'-дифосфат) та Пі (неорганічний фосфат).

Окислення ІМП залежить від НАД ⁺ (нікотинамід-аденінунунуклеотид), утворюючи 5-монофосфат ксантину (XMP). Подальше додавання аміногрупи до XMP продукує молекулу гуанілату.

Регуляція біосинтезу гуанілату відбувається на початку, коли утворюється PRA, і в кінці, коли відбувається окислення ІМП. Регуляція відбувається за допомогою негативного зворотного зв'язку: нуклеотид GMP інгібує ферменти на обох стадіях.

Під час метаболічної деградації нуклеотидів азотисті основи переробляються. GMP утворюється ферментом гіпоксантин-гуанін фосфорибосілтрансфераза, переносячи фосрібозильну групу з PRPP в гуанін.

Функція

Оскільки гуанін не зустрічається у вільній формі, його функції асоціюються з GMP, ВВП та GTP. Деякі з них згадуються нижче:

- Гуанозин 5'-трифосфат (GTP) діє як резервуар вільної енергії. Гамма-фосфатна група GTP може бути перенесена на аденозин 5'-трифосфат (ADP), утворюючи АТФ. Ця реакція є оборотною і каталізується нуклеозиддифосфаткіназою.

- GMP - це найбільш стабільна форма нуклеотиду, що містить гуанін. Шляхом гідролізу GMP утворює циклічний GMP (cGMP), який є другим месенджером під час внутрішньоклітинної сигналізації, в шляхи трансляції. Наприклад, у фоторецепторних та хеморецепторних клітинах запаху.

- cGMP бере участь у розслабленні судин гладкої мускулатури, під час біосинтезу оксиду азоту в клітинах ендотелію.

- Гідроліз GTP гаммафосфату служить вільним джерелом енергії для біосинтезу білка в рибосомах.

- Ферменти гелікази потребують вільної енергії від гідролізу GTP для відділення подвійної спіралі ДНК під час реплікації та транскрипції ДНК.

- У нейронах гіпокампу дія напружених натрієвих каналів регулюється гідролізом ГТП до ВВП.

Супутні захворювання

Високий рівень сечової кислоти в крові та сечі був пов'язаний з трьома різними метаболічними дефектами, які ми побачимо нижче.

Синдром Леша-Ніхана

Він характеризується дефіцитом ВПЛТ (гіпоксантин-гуанінової фосфорибозил-трансферази), ферменту, важливого для переробки гіпоксантину та гуаніну. У цьому випадку рівні PRPP зростають, а ІМП і GMP, два важливих регулятора початкової стадії синтезу пурину, не утворюються. Все це сприяє біосинтезу пуринів de novo.

Підвищена активність PRPP синтази

Це призводить до збільшення рівня PRPP. Цей метаболіт діє як активатор PRPP-амідотранферази глютаміну, який відповідає за синтез 5-фосфорибосиламіну, посилюючи ді-біосинтез пуринів.

Синдром Фон Гірке

Це захворювання, пов'язане із зберіганням глікогену типу I. Пацієнти з цим синдромом мають дефектну 6-фосфатазу глюкози. Це призводить до збільшення рівня 6-фосфату глюкози, який служить для синтезу рибози 5-фосфатом через пентозофосфат.

5-фосфат рибози є вихідним метаболітом біосинтезу PRPP. Як і у двох попередніх випадках, це призводить до збільшення біосинтезу пуринів de novo.

Підвищена сечова кислота в крові та сечі викликає симптоми, які зазвичай відомі як подагра. У випадку синдрому Леша Ніхана пацієнти повністю не мають активності ферменту HPRP, що призводить до прояву інших симптомів, включаючи параліч та розумову відсталість.

Ген HPRP знаходиться на хромосомі X. Тому мутації цього гена впливають на чоловіків. Не існує лікування для лікування неврологічних проблем. Симптоми, пов’язані з підвищенням сечової кислоти, лікують алопуринолом.

Список літератури

1. Доусон, Р. та ін. 1986. Дані для біохімічних досліджень. Кларендон Прес, Оксфорд.
2. Хортон, R; Моран, Л; Scrimgeour, G; Perry, M. And Rawn, D. 2008. Принципи біохімії. 4-е видання. Пірсон освіта.
3. Метьюз, Ван Холде, Ахерн. 2001. Біохімія. 3-е видання.
4. Мюррей, R; Granner, D; Mayes, P. and Rodwell, V. 2003. Ілюстрована біохімія Харпера. 26-е видання. Компанії McGraw-Hill.
5. Нельсон, Д. Л. та Кокс, М. 1994. Ленінгер. Принципи біохімії. 4-е видання. Ед Омега.
6. Зігма-Олдріх. 2019. Гуанін хімічний лист. Word Wide Web address: sigmaaldrich.com.