El guanosín trifosfat o trifosfat de guanosina (GTP) és un dels molts nucleòtids fosfat capaços d'emmagatzemar energia lliure fàcilment utilitzable per a múltiples funcions biològics.
A diferència d'altres nucleòtids fosfat relacionats, que usualment proveeixen l'energia necessària per a executar gran varietat de processos en diferents contextos cel·lulars, alguns autors han demostrat que els nucleòtids com GTP, UTP (uridina trifosfat) i CTP (citidina trifosfat) aporten energia principalment a processos anabòlics.
Estructura química de l'guanosín Trifosfat o GTP (Font: Cacycle, via Wikimedia Commons)
En aquest sentit, Atkinson (1977) suggereix que el GTP té funcions que impliquen l'activació de molts processos anabòlics a través de diferents mecanismes, el que ha estat demostrat en sistemes tant in vitro com in vivo.
L'energia continguda en els seus enllaços, especialment entre els grups fosfat, és emprada per impulsar alguns processos cel·lulars implicats especialment en la síntesi. Exemple d'això són la síntesi de proteïnes, replicació de l'ADN i transcripció de l'ARN, la síntesi de microtúbuls, etc.
estructura
A l'igual que és cert per als nucleòtids d'adenina (ATP, ADP i AMP), el GTP té com a estructura bàsica tres elements indiscutibles:
-Un anell heterocíclic de guanina (purina)
-Un sucre base de cinc carbonis, la ribosa (d'anell furà) i
-Tres grups fosfat units
El primer grup fosfat de l'GTP està unit a l'carboni 5 'de l'sucre ribosa i el residu de guanina s'uneix a aquesta molècula a través del carboni en posició 1' de l'anell de la ribofuranosa.
En termes bioquímics, aquesta molècula és una guanosina 5'-trifosfat, millor descrita com una purina trifosfat o, amb el seu nom químic, 9-β-D-ribofuranosilguanina-5'-trifosfat.
síntesi
El GTP pot ser sintetitzat de novo en molts eucariotes a partir de l'àcid inosínic (inosina 5'-monofosfat, IMP), un dels ribonucleòtids emprats per a la síntesi de les purines, que són un dels dos tipus de bases nitrogenades de les que es compon l'ADN i altres molècules.
Aquest compost, el àcid inosínic, és un important punt de ramificació no només per a la síntesi de les purines, sinó també per la síntesi dels nucleòtids fosfat ATP i GTP.
La síntesi dels nucleòtids fosfat de guanosina (GMP, GDP i GTP: mono-, di- i trifosfat de guanosina, respectivament) comença amb la hidroxilació dependent de NAD + de l'anell de purina de l'IMP, formant el compost intermediari xantosina monofosfat (XMP).
Aquesta reacció és catalitzada per un enzim conegut com IMP deshidrogenasa, que és regulada lostèricament pel GMP.
A la XMP així produïda se li transfereix després un grup amida (reacció dependent de glutamina i ATP) per mitjà de l'acció de l'enzim XMP aminasa, on es produeix una molècula de guanosina monofosfat o GMP.
Atès que els nucleòtids més actius són, en general, els nucleòtids trifosfat, hi ha enzims encarregats de la transferència de grups fosfat a les molècules de GMP que són generades en la ruta acabada de descrita.
Aquests enzims són unes cinases (cinases) específiques dependents d'ATP conegudes com guanilat quinases i les nucleòsid difosfoquinasas.
En la reacció catalitzada per les guanilat ciclasas, l'ATP actua com a donador de fosfats per a la conversió de l'GMP a GDP i ATP:
GMP + ATP → GDP + ADP
El nucleòtid de guanina difosfat (GDP) és posteriorment emprat com a substrat d'una nucleòsid difosfoquinasa, que també dóna feina ATP com a donador de fosfat per a la conversió de l'GDP a GTP:
GDP + ATP → GTP + ADP
Síntesi per altres vies
Hi ha moltes rutes metabòliques cel·lulars capaços de produir GTP diferents a la ruta biosintètica de novo. Aquestes usualment ho fan a través de la transferència de grups fosfat, provinents de diferents fonts, cap als precursors GMP i GDP.
funcions
El GTP, com nucleòtid fosfat anàleg a l'ATP, té incomptables funcions a nivell cel·lular:
Participa en el creixement dels microtúbuls, que són tubs buits compostos per una proteïna coneguda com "tubulina" els polímers tenen la capacitat de hidrolitzar GTP, el que és essencial per a la seva elongació o creixement.
-És un factor imprescindible per a les proteïnes G o proteïnes d'unió a GTP, que funcionen com a mediadors en diversos processos de transducció de senyals que es relacionen, al seu torn, amb l'AMP cíclic i les seves cascades de senyalització.
Aquests processos de senyalització redunden en la comunicació de la cèl·lula amb el seu entorn i dels seus orgànuls interns entre si, i són especialment importants per dur a terme les instruccions codificades en les hormones i altres factors importants en els mamífers.
Exemple d'aquestes rutes de senyalització de summa importància per a la cèl·lula és la regulació de l'enzim adenilat ciclasa per mitjà de la seva interacció amb una proteïna G
funcions
El GTP té moltes funcions que han estat demostrades a través d'experiments in vitro en sistemes "lliures de cèl·lules". A partir d'aquests experiments s'ha pogut demostrar que participa activament en:
-La síntesi proteica en eucariotes (tant per a la iniciació com l'allargament dels pèptids)
-La estimulació de la glicosilació de proteïnes
-La síntesi d'ARN ribosomal en procariotes i eucariotes
-La síntesi de fosfolípids, particularment durant la síntesi de l'diacilglicerol
funcions determinades
Altres experiments, però en sistemes cel·lulars o in vivo han comprovat la participació de l'GTP en processos com:
-Esporulación i activació de les espores de diferents classes de microorganismes, procariotes i eucariotes
-Síntesi d'ARN ribosomal en eucariotes
-Entre altres.
També s'ha proposat que el progrés oncogènic de cèl·lules normals a cèl·lules canceroses involucra la pèrdua de control sobre el creixement i la proliferació cel·lulars, on participen moltes proteïnes d'unió a GTP i proteïnes quinases amb activitat específica GTP-depenent.
El GTP també té efectes estimulants en la importació de proteïnes cap a la matriu mitocondrial, el que es relaciona directament amb la seva hidròlisi (més de l'90% de les proteïnes mitocondrials són sintetitzades per ribosomes en el citosol).
referències
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Essential Cell Biology. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Bioquímica (3th ed.). San Francisco, Califòrnia: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: A Central Regulator of Cellular anabolisme. In B. Horecker & E. Stadtman (Eds.), Current Topics in lular Regulation (Vol. 25, pàg. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Bioquímica. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). GTP Hydrolysis Is Essential for Protein Import into the Mitochondrial Matrix. The Journal of Biological Chemistry, 273 (3), 1420-1424.