El GMP cíclic, també conegut com fosfat de guanosina cíclic, monofosfat cíclic de guanosina o guanosina 3 ', 5'-monofosfat, és un nucleòtid cíclic implicat en nombrosos processos cel·lulars, especialment en aquells relacionats amb la senyalització i la comunicació intracel·lular.
Va ser descrit per primera vegada fa més de 40 anys poc després de la descoberta de la seva anàleg, l'AMP cíclic, que es diferencia d'aquest pel que fa a la base nitrogenada, ja que no es tracta d'un nucleòtid de guanina sinó d'adenina.
Estructura química de l'fosfat de guanosina cíclic o GMP (Font: en: User: Diberri via Wikimedia Commons)
A l'igual que altres nucleòtids cíclics com el ja esmentat AMP cíclic o com el CTP cíclic (citidin monofosfat cíclic), l'estructura de l'GMP cíclic és determinant per a les seves propietats químiques i la seva activitat biològica, a més que el fa més estable que la seva contrapart.
Aquest nucleòtid és produït per un enzim conegut com guanilil ciclasa i és capaç de disparar cascades de senyalització de proteïnes quinases GMP cíclic-dependents, d'una forma similar a l'AMP cíclic.
Ha estat descrit no només en mamífers, que són animals de gran complexitat, sinó també en els més simples procariotes, inclosos en els regnes de les eubacteris i els arqueobacteris. La seva presència en plantes encara és motiu de discussió, però l'evidència suggereix que està absent en aquests organismes.
Formació i degradació
La concentració intracel·lular dels nucleòtids cíclics de guanina, així com la dels d'adenina, és extremadament baixa, sobretot si es compara amb la dels seus anàlegs no cíclics que són mono-, di- o trifosfatados.
No obstant això, els nivells d'aquest nucleòtid poden alterar-se selectivament en presència de determinats estímuls hormonals i d'altres factors que es comporten com a missatgers primaris.
El metabolisme de l'GMP cíclic és parcialment independent de el metabolisme de l'AMP cíclic i altres nucleòtids anàlegs. Aquest és produït a partir de GTP per un sistema enzimàtic conegut com guanilil ciclasa o guanilat ciclasa, que és un enzim parcialment soluble en la major part dels teixits.
Els enzims guanilat ciclasas s'encarreguen de la "ciclació" de el grup fosfat en posició 5 'de l'residu ensucrat (ribosa), ocasionant la unió d'un mateix fosfat a dos grups OH diferents en la mateixa molècula.
Aquest enzim és molt abundant a l'intestí prim i els pulmons dels mamífers i la font més activa es troba en l'esperma d'una espècie d'eriçó de mar. En tots els organismes que s'ha estudiat depèn de ions divalents de manganès, el que la diferencia de les adenilat ciclasas, que depenen de magnesi o zinc.
La degradació de l'GMP cíclic és intervinguda per fosfodiesterases de nucleòtids cíclics que no semblen ser específiques, ja que s'ha demostrat que les mateixes enzims són capaços d'emprar com a substrats hidrolitzables tant a l'AMP cíclic com a l'GMP cíclic.
Tots dos processos, el de formació i el de degradació, estan acuradament controlats intracel·lularment.
estructura
L'estructura de l'GMP cíclic no dista considerablement de la d'altres nucleòtids cíclics. Com el seu nom indica (guanosina 3 ', 5'-monofosfat) posseeix un grup fosfat unit a l'oxigen en el carboni de la posició 5' d'un sucre ribosa.
Aquesta sucre ribosa està unida a el mateix temps a la base nitrogenada d'anell heterocíclic guanina per mitjà d'un enllaç glucosídic amb el carboni en la posició 1 'de la ribosa.
El grup fosfat que està unit a l'àtom d'oxigen en la posició 5 'de la ribosa està fusionat en trans per mitjà d'un enllaç fosfodiéster, que es dóna entre el mateix grup fosfat i l'oxigen de l'carboni en posició 3' de la ribosa, formant així un fosfat 3'-5'- "trans-fusionat" (de l'anglès 3'-5'- trans -fused phosphate).
La fusió de el grup fosfat o el seu "ciclació" ocasiona un increment en la rigidesa de la molècula, ja que restringeix la lliure rotació dels enllaços en l'anell furà de la ribosa.
Com també és cert per a l'AMP cíclic, l'enllaç glucosídic entre l'anell de guanina i la ribosa i la seva llibertat de rotació són paràmetres estructurals importants per al reconeixement específic de l'GMP cíclic.
funcions
A diferència de les múltiples i molt variades funcions que tenen altres nucleòtids cíclics anàlegs com l'AMP cíclic, la funció de l'GMP cíclic és una mica més restringida:
1-Participa en els processos de senyalització en resposta a l'estimulació lumínica dels pigments visuals. La seva concentració es modifica a causa de l'activació d'una proteïna G que percep l'estímul lluminós i interactua amb una fosfodiesterasa GMP cíclic dependent.
Els canvis en els nivells d'aquest nucleòtid alteren la permeabilitat de la membrana de les cèl·lules oculars en forma de bastó als ions de sodi, la qual cosa ocasiona altres canvis que acaben amb la transmissió de l'estímul cap al nervi òptic.
2-Té funcions en el cicle de contracció i relaxació muscular de l'múscul llis en resposta a l'òxid nítric ia altres compostos químics de diversa naturalesa.
3-Un increment en la seva concentració a causa de la resposta enfront de pèptids natriurètics està relacionat amb la regulació de el moviment de ions de sodi i aigua a través de les membranes cel·lulars.
4-En alguns organismes, el GMP cíclic pot competir amb l'AMP cíclic per la fosfodiesterasa de nucleòtids cíclics, i l'addició de GMP cíclic pot contribuir a l'increment en la concentració d'AMP cíclic per disminució de la seva degradació.
5-Bacteris com E. coli incrementen els seus nivells de GMP cíclic quan són exposades a quimio-atraients, el que indica que aquest nucleòtid està implicat en els processos de senyalització en resposta a aquests estímuls químics.
6-S'ha determinat que el GMP cíclic també té importants implicacions en la vasodilatació i els processos d'erecció en els mamífers.
7-Molts canals iònics de comporta (de calci i de sodi) estan regulats per lligands intracel·lulars que empren específicament el GMP cíclic.
referències
- Botsford, JL (1981). Cyclic nucleòtids in Prokaryotes. Microbiological Reviews, 45 (4), 620-642.
- Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Bioquímica (4th ed.). Boston, USA: Brooks / Cole. Cengage Learning.
- Hardman, J., Robison, A., & Sutherland, I. (1971). Cyclic nucleòtids. Annual Reviews in Physiology, 33, 311-336.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger Principis de Bioquímica. Edicions Omega (5th ed.).
- Newton, RP, & Smith, CJ (2004). Cyclic nucleòtids. Phytochemistry, 65, 2423-2437.