Guanozin trifosfat sau guanozin trifosfat (GTP) este una dintre mai multe nucleotide capabile să stocheze energie liberă fosfat ușor utilizabilă pentru funcțiile biologice multiple.
Spre deosebire de alte nucleotide de fosfați înrudite, care furnizează de obicei energia necesară pentru a executa o mare varietate de procese în contexte celulare diferite, unii autori au arătat că nucleotide precum GTP, UTP (uridin trifosfat) și CTP (citidina trifosfat) furnizează energie în principal în procese anabolice.
Structura chimică a Guanozinei Trifosfat sau GTP (Sursa: Cacycle, prin Wikimedia Commons)
În acest sens, Atkinson (1977) sugerează că GTP are funcții care implică activarea multor procese anabolice prin diferite mecanisme, ceea ce a fost demonstrat atât în sisteme in vitro, cât și in vivo.
Energia conținută în legăturile sale, în special între grupurile de fosfați, este utilizată pentru a conduce unele procese celulare implicate în special în sinteză. Exemple în acest sens sunt sinteza de proteine, replicarea ADN și transcrierea ARN, sinteza microtubulelor etc.
Structura
Așa cum este valabil pentru nucleotidele de adenină (ATP, ADP și AMP), GTP are trei elemente incontestabile ca structură de bază:
-Un inel de guanină heterociclic (purină)
-Un zahăr bazic cu cinci carbon, riboză (inel furan) și
-Sunt atașate grupe de fosfați
Primul grup fosfat de GTP este atașat la 5 'carbon de zahăr riboză și reziduul de guanină este atașat la această moleculă prin carbonul 1' al inelului ribofuranozic.
În termeni biochimici, această moleculă este o 5'-trifosfat de guanozină, mai bine descrisă ca trifosfat purin sau, cu denumirea sa chimică, 9-β-D-ribofuranosilguanină-5'-trifosfat.
Sinteză
GTP poate fi sintetizat de novo în multe eucariote din acid inosinic (inosină 5'-monofosfat, IMP), unul dintre ribonucleotidele utilizate pentru sinteza purinelor, care sunt unul dintre cele două tipuri de baze azotate. ADN-ul și alte molecule sunt alcătuite.
Acest compus, acid inosinic, este un punct important de ramură nu numai pentru sinteza purinelor, ci și pentru sinteza nucleotidelor fosfat ATP și GTP.
Sinteza nucleotidelor fosfat de guanozină (GMP, PIB și GTP: guanozină mono-, di- și, respectiv, trifosfat) începe cu hidroxilarea dependentă de NAD + a inelului purin al IMP, formând compusul intermediar xantosos monofosfat (XMP). .
Această reacție este catalizată de o enzimă cunoscută sub denumirea de IMP dehidrogenază, care este reglementată alosteric de GMP.
O grupare amidă este apoi transferată la XMP astfel produsă (reacția dependentă de glutamină și ATP) prin acțiunea enzimei XMP aminaza, unde se produce o moleculă de guanozină monofosfat sau GMP.
Întrucât cele mai active nucleotide sunt, în general, nucleotide trifosfat, există enzime responsabile de transferul grupărilor fosfat către moleculele GMP care sunt generate pe calea descrisă.
Aceste enzime sunt kinazele (kinazele) dependente de ATP cunoscute sub denumirea de guanylate kinaze și nucleozide difosfinozase.
În reacția catalizată de guanylate ciclases, ATP acționează ca donator de fosfați pentru conversia GMP în PIB și ATP:
GMP + ATP → PIB + ADP
Nucleotida de difosfat de guanină (PIB) este utilizată ulterior ca substrat pentru o nucleozidă difosfocinază, care folosește și ATP ca donator de fosfați pentru conversia PIB în GTP:
PIB + ATP → GTP + ADP
Sinteza pe alte rute
Există multe căi metabolice celulare capabile să producă GTP, altele decât calea biosintetică de novo. Acestea o fac de obicei prin transferul de grupări de fosfați, provenind din surse diferite, către precursorii GMP și PIB.
Caracteristici
GTP, ca nucleotid fosfat analog ATP, are nenumărate funcții la nivel celular:
-Participă la creșterea microtubulelor, care sunt tuburi goale compuse dintr-o proteină cunoscută sub numele de „tubulină” ai cărei polimeri au capacitatea de a hidroliza GTP, care este esențială pentru alungirea sau creșterea sa.
-Este un factor esențial pentru proteinele G sau proteinele care leagă GTP, care funcționează ca mediatori în diferite procese de transducție a semnalului care sunt legate, la rândul lor, de AMP ciclic și de cascadele sale de semnalizare.
Aceste procese de semnalizare duc la comunicarea celulei cu mediul său și a organelelor sale interne între ele și sunt deosebit de importante pentru efectuarea instrucțiunilor codificate în hormoni și alți factori importanți la mamifere.
Un exemplu al acestor căi de semnalizare de mare importanță pentru celulă este reglarea enzimei adenilat ciclază prin interacțiunea sa cu o proteină G.
Caracteristici
GTP are multe funcții care s-au demonstrat prin experimente in vitro în sisteme „fără celule”. Din aceste experimente a fost posibil să se demonstreze că participă activ la:
-Sinteza proteinei în eucariote (atât pentru inițierea, cât și pentru alungirea peptidelor)
-Stimularea glicozilării proteice
-Sinteza ARN ribozomal în procariote și eucariote
-Sinteza fosfolipidelor, în special în timpul sintezei diacilglicerolului
Anumite funcții
Alte experimente, dar în sistemele celulare sau in vivo au dovedit participarea GTP la procese precum:
-Sporția și activarea sporilor diferitelor clase de microorganisme, procariote și eucariote
-Sinteza ARN ribozomal în eucariote
-Printre altele.
S-a propus, de asemenea, că progresul oncogen de la celulele normale la celulele canceroase implică pierderea controlului asupra creșterii și proliferarii celulelor, unde participă multe proteine care leagă GTP și proteine kinaze cu activitate specifică dependentă de GTP.
GTP are, de asemenea, efecte stimulante asupra importului de proteine în matricea mitocondrială, care este direct legată de hidroliza acesteia (mai mult de 90% din proteinele mitocondriale sunt sintetizate de ribozomi în citosol).
Referințe
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologia celulară esențială. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochimie (ediția a III-a). San Francisco, California: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: un regulator central al anabolismului celular. În B. Horecker și E. Stadtman (Eds.), Subiecte actuale în reglarea celulară (Vol. 25, p. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biochimie. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). Hidroliza GTP este esențială pentru importul de proteine în matricea mitocondrială. The Journal of Biological Chemistry, 273 (3), 1420-1424.