GMP ciclic , guanozin monofosfatului de asemenea cunoscut sub numele de guanozin monofosfat ciclic sau guanozin 3“, 5'-monofosfat este o nucleotidă implicată în numeroase procese celulare ciclice, în special cele legate de semnalizare și de comunicare intercelulară.
A fost descris pentru prima dată în urmă cu mai bine de 40 de ani, la scurt timp după descoperirea AMP-ului său analog, ciclic, care diferă de acesta din punct de vedere al bazei sale de azot, deoarece nu este un nucleotid al guaninei, ci al adeninei.
Structura chimică a monosfatului de guanozină ciclică sau GMP (Sursa: en: Utilizator: Diberri prin Wikimedia Commons)
Ca și alte nucleotide ciclice, cum ar fi AMP-ul ciclic menționat mai sus sau CTP-ul ciclic (monofosfat cytidic ciclic), structura GMP-ului ciclic este decisivă pentru proprietățile chimice și activitatea biologică, pe lângă faptul că o face mai stabilă decât omologul său.
Această nucleotidă este produsă de o enzimă cunoscută sub numele de guanylyl ciclază și este capabilă să tragă cascade de semnalizare a proteinelor kinazelor GMP dependente de ciclic, într-un mod similar cu AMP ciclic.
A fost descrisă nu numai la mamifere, care sunt animale extrem de complexe, dar și în cele mai simple procariote, incluse în regatele eubacteriei și arhaea. Prezența sa în plante este încă o dezbatere, dar dovezile sugerează că acesta este absent în aceste organisme.
Formarea și degradarea
Concentrația intracelulară a nucleotidelor ciclice de guanină, precum și cea a adeninei este extrem de scăzută, în special în comparație cu analogii lor non-ciclici care sunt mono, di- sau trifosfatați.
Cu toate acestea, nivelurile acestui nucleotid pot fi modificate selectiv în prezența anumitor stimuli hormonali și alți factori care se comportă ca mesageri primari.
Metabolismul GMP ciclic este parțial independent de metabolismul AMP ciclic și al altor nucleotide analogice. Aceasta este produsă din GTP printr-un sistem enzimatic cunoscut sub numele de guanylyl ciclase sau guanylate cyclase, care este o enzimă parțial solubilă în majoritatea țesuturilor.
Enzimele de guanylat ciclază sunt responsabile de „ciclizarea” grupării fosfați în poziția 5 ’a reziduului de zahăr (riboza), determinând legarea aceluiași fosfat la două grupări OH diferite din aceeași moleculă.
Această enzimă este foarte abundentă în intestinul subțire și în plămâni a mamiferelor și cea mai activă sursă se găsește în sperma unei specii de arici de mare. În toate organismele care au fost studiate, depinde de ioni de mangan divalenți, care îl diferențiază de adenilat ciclazele, care depind de magneziu sau zinc.
Degradarea GMP ciclică este mediată de fosfodiesterazele nucleotidelor ciclice care nu par a fi specifice, deoarece s-a demonstrat că aceleași enzime sunt capabile să utilizeze atât AMP ciclic, cât și GMP ciclic ca substraturi hidrolizabile.
Ambele procese, formarea și degradarea, sunt controlate cu atenție intracelular.
Structura
Structura GMP-ului ciclic nu este semnificativ diferită de cea a altor nucleotide ciclice. După cum sugerează și denumirea sa (guanozina 3 ', 5'-monofosfat) are o grupare fosfat atașată oxigenului la carbon în poziția 5' a zahărului ribozic.
Zahărul de riboză este legat în același timp de baza de azot a inelului de guanină heterociclică cu ajutorul unei legături glicozidice cu carbonul în poziția 1 'a ribozei.
Grupul de fosfați care este atașat de atomul de oxigen în poziția de 5 'a ribozei este transfuzat printr-o legătură de fosfodiester, care apare între aceeași grupare fosfat și oxigenul carbonului în poziția 3' a ribozei, formând astfel un fosfat 3'-5'- "trans-fuzionat" (3'-5'- fosfat transfuzat).
Fuziunea grupului fosfați sau „ciclizarea” acesteia determină o creștere a rigidității moleculei, deoarece restricționează rotația liberă a legăturilor din inelul furan al ribozei.
Așa cum este valabil și pentru AMP ciclic, legătura glicozidică dintre inelul de guanină și riboză și libertatea sa de rotație sunt parametri structurali importanți pentru recunoașterea GMP-ului ciclic.
Caracteristici
Spre deosebire de numeroasele și extrem de variate funcții pe care le au alte nucleotide ciclice analoge, cum ar fi AMP ciclic, funcția GMP ciclic este puțin mai restrânsă:
1-Participă la procesele de semnalizare ca răspuns la stimularea ușoară a pigmenților vizuali. Concentrația sa este modificată datorită activării unei proteine G care percepe stimulul ușor și interacționează cu o fosfodiesterază ciclică dependentă de GMP.
Modificările nivelurilor acestui nucleotid modifică permeabilitatea membranei celulelor oculare în formă de tijă către ionii de sodiu, provocând alte modificări care încetează transmiterea stimulului către nervul optic.
2-Are funcții în contracția și ciclul de relaxare a mușchiului neted ca răspuns la oxidul nitric și alți compuși chimici de natură diversă.
3-O creștere a concentrației sale datorită răspunsului la peptidele natriuretic este legată de reglarea mișcării ionilor de sodiu și apă prin membranele celulare.
4-În unele organisme, GMP-ul ciclic poate concura cu AMP-ul ciclic pentru nucleotidele fosfodiesterazei ciclice, iar adăugarea de GMP ciclic poate contribui la o creștere a concentrației de AMP ciclic prin reducerea degradării sale.
5-Bacteriile precum E. coli își cresc nivelul de GMP ciclic atunci când sunt expuși la atracții chimio-chimice, ceea ce indică faptul că această nucleotidă este implicată în procesele de semnalizare ca răspuns la acești stimuli chimici.
6-S-a stabilit că GMP-ul ciclic are implicații importante și în procesele de vasodilatare și erecție la mamifere.
7-Multe canale cu ioni de poartă (calciu și sodiu) sunt reglate de liganzi intracelulari care utilizează specific GMP ciclic.
Referințe
- Botsford, JL (1981). Nucleotide ciclice în procariote. Recenzii microbiologice, 45 (4), 620–642.
- Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Biochimie (ediția a 4-a). Boston, SUA: Brooks / Cole. CENGAGE Învățare.
- Hardman, J., Robison, A., & Sutherland, E. (1971). Nucleotide ciclice. Analize anuale în fiziologie, 33, 311–336.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Principiile biochimiei Lehninger. Ediții Omega (ediția a 5-a).
- Newton, RP, & Smith, CJ (2004). Nucleotide ciclice. Fitochimie, 65, 2423-2437.