- estructura química
- Característiques
- biosíntesi
- funció
- malalties relacionades
- La síndrome Lesch-Nyhan
- Activitat de l'PRPP sintasa augmentada
- Síndrome de von Gierke
- referències
La guanina és una base nitrogenada que serveix per a la biosíntesi de l'guanilat 5'-monofosfat i de l'deoxiguanilato 5'-monofosfat. Les dues substàncies formen part, respectivament, de l'ARN i de l'ADN, les quals emmagatzemen la informació genètica de les cèl·lules.
L'àcid ribonucleic (ARN) i l'àcid desoxiribonucleic (ADN) estan formats per nucleòtids, els quals estan constituïts per una base nitrogenada unida a un sucre ia un grup fosfat.
Font: NEUROtiker
La guanina, a més de formar part dels àcids nucleics, en les seves formes de nucleòsids monofosfat, difosfat i trifosfatos (GMP, GDP i GTP) participa en processos com ara el metabolisme energètic, la traducció del senyal intracel·lular, la fisiologia dels fotoreceptors i la fusió de vesícules.
estructura química
L'estructura química de la guanina (2-amino-6-hidroxipurina) és un anell heterocíclic de purina, que consisteix en un sistema de dos anells units: un anell és pirimidina i l'altre anell és imidazol.
L'anell heterocíclic de la guanina és pla i amb alguns dobles enllaços conjugats. Addicionalment, té dues formes tautoméricas, les forma ceto i enol, entre els grups C-1 i N-6.
Característiques
Les característiques de la guanina són les següents:
- La guanina és una substància apolar. És insoluble en aigua, però és soluble en solucions concentrades d'àcids o bases fortes.
- Pot ser aïllada com un sòlid blanc, amb fórmula empírica C 5 H 5 N 5 O, i pes molecular 151,3 g / mol.
- La propietat d'absorbir llum a 260 nm de l'ADN es deu, en part, a l'estructura química de la guanina.
- En l'ADN, la guanina forma tres enllaços d'hidrogen. El grup carbonil C-6 és un acceptor d'enllaç hidrogen, el grup N-1 i el grup amino de C-2 són donadors d'enllaç d'hidrogen.
Per aquesta raó, es necessita més energia per trencar un enllaç entre una guanina i una citosina, que el d'una adenina amb una timina, ja que aquest últim parell es troba unit per només dos ponts d'hidrogen.
- En la cèl·lula, sempre es troba formant part dels àcids nucleics o com GMP, GDP i GTP, mai en la seva forma lliure.
biosíntesi
La molècula de guanina, com altres purines, és sintetitzada de novo a partir de 5-fosforibosil-1-pirofosfat (PRPP), mitjançant reaccions catalitzades per enzims.
El primer pas consisteix en l'addició d'un grup amino, provinent de la glutamina, a l'PRPP i es forma maig-fosforibosilamina (PRA).
Posteriorment, en una seqüència ordenada, ocorre l'addició de glicina, aspartat, glutamina, formiat i diòxid de carboni a l'PRA. D'aquesta manera, es forma un metabòlit intermedi anomenat inosina 5'-monofosfat (IMP).
Durant aquest procés, s'utilitza l'energia lliure de la hidròlisi de l'ATP (adenosina 5'-trifosfat), que produeix ADP (adenosina 5'-difosfat) i Pi (fosfat inorgànic).
Una oxidació de l'IMP dependiende de NAD + (dinucleòtid de nicotinamida i adenina), produeix xantina 5'-monofosfat (XMP). La posterior addició d'un grup amino a l'XMP, produeix la molècula d'guanilat.
La regulació de la biosíntesi de guanilat es porta a terme a l'inici, quan es forma PRA, i a la fi, quan ocorre l'oxidació de l'IMP. La regulació ocorre mitjançant retroalimentació negativa: un nucleòtid de GMP inhibeix els enzims en les dues etapes.
Durant la degradació metabòlica dels nucleòtids, les bases nitrogenades són reciclades. El GMP es forma mitjançant l'enzim hipoxantina-guanina fosforibosiltransferasa, transferint un grup fosribosil des del PRPP a la guanina.
funció
A causa de que la guanina no es troba en la seva forma lliure, les seves funcions estan associades a l'GMP, GDP i GTP. A continuació s'esmenten algunes d'elles:
- La guanosina 5'-trifosfat (GTP) actua com un reservori d'energia lliure. El grup gamma fosfat de l'GTP pot ser transferit a l'adenosina 5'-trifosfat (ADP), per formar ATP. Aquesta reacció és reversible, i és catalitzada per la nucleòsid difosfat quinasa.
- El GMP és la forma més estable de l'nucleòtid que conté guanina. Mitjançant hidròlisi, el GMP forma GMP cíclic (GMPc), el qual és un segon missatger durant la senyalització intracel·lular, a la vies de traducció. Per exemple, en les cèl·lules fotoreceptores i quimioreceptores de l'olfacte.
- El GMPc participa en la relaxació dels vasos sanguinis de l'múscul llis, durant la biosíntesi d'òxid nítric en les cèl·lules de l'endoteli.
- La hidròlisi de l'fosfat gamma de GTP serveix com a font d'energia lliure per a la biosíntesi de proteïnes en els ribosomes.
- Els enzims helicasas necessiten l'energia lliure de la hidròlisi de GTP per separar la doble hèlix d'ADN, durant la replicació i la transcripció de l'ADN.
- En les neurones de l'hipocamp, l'acció dels canals de sodi dependents de voltatge és regulada per la hidròlisi de GTP a GDP.
malalties relacionades
Els alts nivells d'àcid úric en sang i orina han estat associats a tres defectes metabòlics diferents, que veurem a continuació.
La síndrome Lesch-Nyhan
Es caracteritza per la deficiència de HPRT (hipoxantina-guanina fosforibosil transferasa), un enzim important per al reciclatge de la hipoxantina i la guanina. En aquest cas, augmenta els nivells de PRPP i no es forma IMP i GMP, dos reguladors importants de l'etapa inicial de síntesi de purines. Tot això afavoreix la biosíntesi de novo de les purines.
Activitat de l'PRPP sintasa augmentada
Això produeix un increment en els nivells de PRPP. Aquest metabòlit actua com un activador de la glutamina PRPP-amidotranferasa, que s'encarrega de la síntesi de 5-fosforibosilamina, incrementant la biosíntesi de novo de purines.
Síndrome de von Gierke
Es tracta d'una malaltia relacionada amb l'emmagatzematge de glicogen tipus I. Els pacients que pateixen aquesta síndrome tenen una glucosa 6-fosfatasa defectuosa. Això produeix un increment en els nivells de glucosa 6-fosfat, que serveix per a la síntesi de ribosa 5-fosfat, via pentoses fosfat.
La ribosa 5-fosfat és el metabòlit de partida per a la biosíntesi de PRPP. De manera similar als dos casos anteriors, això condueix a un increment de la biosíntesi de novo de les purines.
L'augment d'àcid úric en sang i orina ocasiona símptomes que són comunament coneguts com gota. En el cas de la síndrome Lesch Nyhan, els pacients no tenen completament de l'activitat de l'enzim HPRP, el que condueix a la manifestació d'altres símptomes que inclouen paràlisi i retard mental.
El gen de la HPRP es troba al cromosoma X. Per això, les mutacions en aquest gen afecta homes. No existeix tractament per tractar els problemes neurològics. Els símptomes associats amb l'increment d'àcid úric són tractats amb al·lopurinol.
referències
- Dawson, R. et al. 1986. Data for Biochemical Research. Clarendon Press, Oxford.
- Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, el Sr. And Rawn, D. 2008. Principis de Bioquímica. 4ta Edició. Pearson Education.
- Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Bioquímica. 3th Edition.
- Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harper 's Illustrated Bioquímica. 26th Edition. McGraw-Hill Companies.
- Nelson, DL and Cox, M. 1994. Lehninger. Principles of Biochemistry. 4th Edition. Ed Omega.
- Sigma-Aldrich. 2019. Guanine Chemical Sheet. Word Wide Web address: sigmaaldrich.com.