Гуанозинтрифосфат або гуанозинтрифосфат (GTP) є одним з багатьох нуклеотидів , здатних зберігати фосфатную вільну енергію легко використовувану для декількох біологічних функцій.
На відміну від інших споріднених нуклеотидів фосфатів, які зазвичай забезпечують необхідну енергію для здійснення найрізноманітніших процесів у різних клітинних контекстах, деякі автори показали, що нуклеотиди, такі як GTP, UTP (трифосфат уридину) та CTP (цитидин трифосфат), забезпечують енергію головним чином у анаболічні процеси.
Хімічна структура гуанозин трифосфату або GTP (Джерело: Cacycle, через Wikimedia Commons)
У цьому сенсі Аткінсон (1977) припускає, що GTP має функції, що передбачають активацію багатьох анаболічних процесів за допомогою різних механізмів, що було продемонстровано як у системах in vitro, так і in vivo.
Енергія, що міститься в її зв'язках, особливо між фосфатними групами, використовується для керування деякими клітинними процесами, особливо в синтезі. Прикладами цього є синтез білка, реплікація ДНК та транскрипція РНК, синтез мікротрубочок тощо.
Будова
Як це стосується аденінових нуклеотидів (АТФ, АДФ та АМФ), GTP має три незаперечні елементи в якості своєї основної структури:
-Гетероциклічне гуанінове кільце (пурин)
-П'ятивуглецевий базовий цукор, рибоза (фуранове кільце) та
-Три фосфатні групи приєднані
Перша фосфатна група GTP приєднується до 5 'вуглецю цукру рибози, а залишок гуаніну приєднується до цієї молекули через 1' вуглець рибофуранозного кільця.
У біохімічному відношенні ця молекула являє собою 5'-трифосфат гуанозину, краще описаний як пуриновий трифосфат або, з його хімічною назвою, 9-β-D-рибофуранозилгуанін-5'-трифосфат.
Синтез
GTP може бути синтезований de novo у багатьох еукаріотів з інозинової кислоти (інозин 5'-монофосфат, IMP), одного з рибонуклеотидів, використовуваних для синтезу пуринів, які є одним із двох типів азотистих основ, з яких ДНК та інші молекули складаються.
Ця сполука, інозинова кислота, є важливою галуззю не тільки для синтезу пуринів, але і для синтезу нуклеотидів фосфатних нуклеотидів АТФ та ГТФ.
Синтез нуклеотидів гуанозинфосфату (GMP, GDP та GTP: моно-, ди- та трифосфат гуанозину відповідно) починається з залежної від NAD + гідроксилювання пуринового кільця ІМП, утворюючи проміжне з'єднання ксантозиновий монофосфат (XMP) .
Ця реакція каталізується ферментом, відомим як IMP дегідрогеназа, який аллостерично регулюється GMP.
Потім амідну групу переносять до отриманої таким чином XMP (реакція, що залежить від глютаміну та АТФ) завдяки дії ферменту XMP aminase, де утворюється молекула монофосфату гуанозину або GMP.
Оскільки найактивніші нуклеотиди - це, як правило, трифосфатні нуклеотиди, існують ферменти, відповідальні за перенесення фосфатних груп до молекул GMP, які генеруються у щойно описаному шляху.
Ці ферменти є специфічними АТФ-залежними кіназами (кіназами), відомими як гуанілат-кінази та нуклеозидні дифосфокінази.
У реакції, каталізованій гуанілатциклазами, АТФ виступає донором фосфату для перетворення GMP у ВВП та АТФ:
GMP + ATP → ВВП + ADP
Потім нуклеотид гуаніндифосфату (ВВП) використовується в якості субстрату для нуклеозидної дифосфокінази, який також використовує АТФ як донор фосфату для перетворення ВВП в GTP:
ВВП + ATP → GTP + ADP
Синтез іншими маршрутами
Існує багато клітинних метаболічних шляхів, здатних виробляти GTP, крім біосинтетичного шляху de novo. Зазвичай це відбувається через перенесення фосфатних груп, що надходять з різних джерел, до попередників GMP та ВВП.
Особливості
GTP, як нуклеотид фосфат, аналогічний АТФ, має незліченну кількість функцій на клітинному рівні:
-Участь у зростанні мікротрубочок, що представляють собою порожнисті трубки, що складаються з білка, відомого як "тубулін", полімери якого мають здатність гідролізувати GTP, що має важливе значення для його подовження або зростання.
-Це важливий фактор для G-білків або GTP-зв'язуючих білків, які функціонують як медіатори в різних процесах передачі сигналу, які, в свою чергу, пов'язані з циклічним AMP та його сигнальними каскадами.
Ці сигнальні процеси призводять до зв'язку клітини з її оточенням та її внутрішніх органел між собою, і особливо важливі для виконання інструкцій, кодованих гормонами та іншими важливими факторами у ссавців.
Прикладом цих сигнальних шляхів, що мають велике значення для клітини, є регуляція ферменту аденілатциклази через її взаємодію з білком G.
Особливості
GTP має багато функцій, які були продемонстровані в експериментах in vitro в системах, що не містять клітин. З цих експериментів можна було продемонструвати, що він бере активну участь у:
-Синтез протеїну в еукаріот (як для ініціації, так і подовження пептидів)
-Стимуляція глікозилювання білка
-Синтез рибосомальної РНК у прокаріоти та еукаріоти
-Синтез фосфоліпідів, особливо під час синтезу діацилгліцерину
Певні функції
Інші експерименти, окрім клітинних або in vivo систем, довели участь GTP у таких процесах, як:
-Порушення та активація спор різних класів мікроорганізмів, прокаріотів та еукаріотів
-Синтез рибосомальної РНК в еукаріот
-На інших.
Також було запропоновано, що онкогенний прогрес від нормальних клітин до ракових клітин включає втрату контролю над ростом та проліферацією клітин, де бере участь багато GTP-зв'язуючих білків та протеїнкіназ із специфічною GTP-залежною активністю.
GTP також має стимулюючий вплив на імпорт білків в мітохондріальну матрицю, що безпосередньо пов'язане з її гідролізом (понад 90% мітохондріальних білків синтезуються рибосомами в цитозолі).
Список літератури
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Основна клітинна біологія. Абінгдон: Гарленд Наук, Тейлор і Френсіс Груп.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Біохімія (3-е видання). Сан-Франциско, Каліфорнія: Пірсон.
- Палл, М. (1985). GTP: Центральний регулятор клітинного анаболізму. У B. Horecker & E. Stadtman (ред.), Актуальні теми в клітинній регуляції (т. 25, стор. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Біохімія. Берлінгтон, Массачусетс: Видавництво Ніла Паттерсона.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). Гідроліз GTP важливий для імпорту білка в мітохондріальну матрицю. Журнал біологічної хімії, 273 (3), 1420–1424.