GUANINĂ: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FORMARE ȘI FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Guanina este o bază azotată care servește pentru biosinteza guanilat monofosfat și 5'-5'-monofosfat deoxiguanilato. Ambele substanțe fac parte, respectiv, din ARN și ADN, care stochează informațiile genetice ale celulelor.

Acidul ribonucleic (ARN) și acidul dezoxiribonucleic (ADN) sunt alcătuite din nucleotide, care sunt alcătuite dintr-o bază azotată atașată de un grup de zahăr și de fosfați.

Sursa: NEUROtiker

Guanina, pe lângă faptul că face parte din acizii nucleici, în formele sale de nucleozide monofosfat, difosfat și trifosfați (GMP, PIB și GTP) participă la procese precum metabolismul energetic, traducerea semnalului intracelular, fiziologia fotoreceptorilor și fuziunea veziculelor.

Structura chimică

Structura chimică a guaninei (2-amino-6-hidroxipurină) este un inel puroc heterociclic, constând dintr-un sistem format din două inele legate: un inel este pirimidină, iar celălalt inel imidazol.

Inelul heterociclic al lui Guanine este plat cu unele legături duble conjugate. În plus, are două forme tautomere, formele ceto și enol, între grupele C-1 și N-6.

caracteristici

Caracteristicile guaninei sunt următoarele:

- Guanina este o substanță apolară. Este insolubil în apă, dar este solubil în soluții concentrate de acizi sau baze tari.

- Poate fi izolat sub formă de solid alb, cu formula empirică C ₅ H ₅ N ₅ O și greutate moleculară 151,3 g / mol.

- Proprietatea ADN de a absorbi lumina la 260 nm se datorează, în parte, structurii chimice a guaninei.

- În ADN, guanina formează trei legături de hidrogen. Grupul carbonil C-6 este un acceptor de legături de hidrogen, grupa N-1 și grupa amino C-2 sunt donatori de legături de hidrogen.

Din acest motiv, este nevoie de mai multă energie pentru a rupe o legătură între o guanină și o citozină, decât cea a unei adenine cu o timină, deoarece această din urmă pereche este legată de doar două legături de hidrogen.

- În celulă, acesta este întotdeauna găsit ca parte a acizilor nucleici sau ca GMP, PIB și GTP, niciodată în forma sa liberă.

biosinteza

Molecula de guanină, ca și alte purine, este sintetizată de novo din 5-fosforibosil-1-pirofosfat (PRPP), prin reacții catalizate de enzime.

Prima etapă constă în adăugarea unei grupe amino, de la glutamină, la PRPP și se formează 5-fosforibosilamina (PRA).

Ulterior, într-o secvență ordonată, se adaugă glicină, aspartat, glutamină, format și dioxid de carbon la PRA. În acest fel, se formează un metabolit intermediar numit inosină 5'-monofosfat (IMP).

În timpul acestui proces, energia liberă este utilizată din hidroliza ATP (adenozină 5'-trifosfat), care produce ADP (adenozină 5'-difosfat) și Pi (fosfat anorganic).

O oxidare a IMP este dependentă de NAD ⁺ (nicotinamidă adenină dinucleotidă), producând xantină 5'-monofosfat (XMP). Adăugarea ulterioară a unei grupări amino la XMP produce molecula de guanyilat.

Reglarea biosintezei de guanyilate are loc la începutul când se formează PRA și la sfârșit, când are loc oxidarea IMP. Reglarea are loc prin feedback negativ: un nucleotid GMP inhibă enzimele în ambele etape.

În timpul degradării metabolice a nucleotidelor, bazele azotate sunt reciclate. GMP este format din enzima hipoxantină-guanină fosforibosiltransferază, transferând o grupare fosforosil de la PRPP la guanină.

Funcţie

Deoarece guanina nu se găsește în forma sa gratuită, funcțiile sale sunt asociate cu GMP, PIB și GTP. Unele dintre ele sunt menționate mai jos:

- Guanozina 5'-trifosfat (GTP) acționează ca un rezervor de energie liberă. Grupa fosfat gamma de GTP poate fi transferată la adenozină 5'-trifosfat (ADP), pentru a forma ATP. Această reacție este reversibilă și este catalizată de nucleozid difosfat kinază.

- GMP este cea mai stabilă formă a nucleotidei care conține guanină. Prin hidroliză, GMP formează GMP ciclic (cGMP), care este un al doilea mesager în timpul semnalizării intracelulare, pe căile de traducere. De exemplu, în celulele de miros fotoreceptor și chemoreceptor.

- CGMP participă la relaxarea vaselor de sânge ale mușchiului neted, în timpul biosintezei oxidului nitric din celulele endoteliale.

- Hidroliza fosfatului gamma GTP servește ca sursă de energie gratuită pentru biosinteza proteinelor din ribozomi.

- Enzimele Hellicase au nevoie de energie liberă din hidroliza GTP pentru a separa dubla helixă a ADN-ului, în timpul replicării și transcrierii ADN-ului.

- În neuronii hipocampului, acțiunea canalelor de sodiu cu tensiune este reglată prin hidroliza GTP în PIB.

Boli conexe

Nivelurile ridicate de acid uric din sânge și urină au fost asociate cu trei defecte metabolice diferite, pe care le vom vedea mai jos.

Sindromul Lesch-Nyhan

Se caracterizează printr-o deficiență de HPRT (hipoxantină-guanină fosforibosil transferază), o enzimă importantă pentru reciclarea hipoxantinei și guaninei. În acest caz, nivelurile de PRPP cresc și IMP și GMP, două regulatoare importante ale stadiului inițial de sinteză purină, nu sunt formate. Toate acestea favorizează biosinteza de novo a purinelor.

Activitate crescută de PRPP sintază

Aceasta produce o creștere a nivelurilor de PRPP. Acest metabolit acționează ca un activator al glutaminei PRPP-amidotranferaza, care este responsabil pentru sinteza 5-fosforibosilaminei, crescând biosinteza de novo a purinelor.

Sindromul Von Gierke

Este o boală legată de depozitarea glicogenului de tip I. Pacienții cu acest sindrom au o 6-fosfatază glucoză defectă. Aceasta produce o creștere a nivelului de 6-fosfat de glucoză, care servește la sinteza 5-fosfatului de riboză, prin fosfat de pentoză.

Ribosa 5-fosfat este metabolitul de pornire pentru biosinteza PRPP. Similar celor două cazuri anterioare, aceasta duce la o creștere a biosintezei de novo a purinelor.

Creșterea acidului uric din sânge și urină determină simptome care sunt cunoscute în mod obișnuit sub numele de gută. În cazul sindromului Lesch Nyhan, pacienții le lipsește complet activitatea enzimei HPRP, ceea ce duce la manifestarea altor simptome, inclusiv paralizie și retard mental.

Gena HPRP se află pe cromozomul X. Prin urmare, mutațiile acestei gene afectează bărbații. Nu există tratament pentru a trata problemele neurologice. Simptomele asociate cu creșterea acidului uric sunt tratate cu alopurinol.

Referințe

1. Dawson, R. și colab. 1986. Date pentru cercetarea biochimică. Clarendon Press, Oxford.
2. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. And Rawn, D. 2008. Principiile biochimiei. Ediția a IV-a. Pearson Education.
3. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biochimie. Ediția a 3-a.
4. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Biografia chimică ilustrată a lui Harper. Ediția a 26-a. Companiile McGraw-Hill.
5. Nelson, DL și Cox, M. 1994. Lehninger. Principiile biochimiei. Ediția a IV-a. Ed Omega.
6. Sigma-Aldrich. 2019. Foaie chimică de guanină. Adresa Web Word Wide: sigmaaldrich.com.