Ciklički GMP, gvanozin monofosfat također poznat kao cikličkog gvanozin monofosfata ili gvanozin 3”, 5'-monofosfat je nukleotid uključen u brojne procese ciklički stanica, posebno one povezane signalizaciju i međustanične komunikacije.
Prvi put je opisan prije više od 40 godina, nedugo nakon otkrića njegovog analognog, cikličkog AMP-a, koji se od njega razlikuje po dušičnoj bazi, jer nije nukleotid gvanina, nego adenina.
Kemijska struktura cikličkog gvanozin monofosfata ili GMP (Izvor: hr: Korisnik: Diberri via Wikimedia Commons)
Kao i drugi ciklički nukleotidi kao što je spomenuti ciklički AMP ili ciklički CTP (ciklični citidin monofosfat), struktura cikličkog GMP presudna je za njegova kemijska svojstva i biološku aktivnost, uz to što ga čini stabilnijim od svog kolega.
Ovaj nukleotid proizvodi enzim poznat kao gvanilil ciklaza i sposoban je aktivirati signalne kaskade ciklično ovisnih GMP protein kinaza, na sličan način kao ciklički AMP.
Opisana je ne samo kod sisavaca koji su vrlo složene životinje, već i u najjednostavnijim prokariotima koji su uključeni u kraljevstva eubakterija i arheja. Njegova prisutnost u biljkama još uvijek je predmet rasprave, ali dokazi upućuju na to da je izostala u tim organizmima.
Formiranje i propadanje
Intracelična koncentracija cikličkih gvaninskih nukleotida, kao i ona adenina, izuzetno je niska, posebno u usporedbi s njihovim necikličkim analogima koji su mono-, di- ili trifosfat.
Međutim, razine ovog nukleotida mogu se selektivno mijenjati u prisustvu određenih hormonskih podražaja i drugih čimbenika koji se ponašaju kao primarni glasnici.
Metabolizam cikličkog GMP djelomično je neovisan o metabolizmu cikličkog AMP-a i ostalih analognih nukleotida. To se proizvodi iz GTP-a enzimskim sustavom poznatim kao gvanilil-ciklaza ili gvanilat-ciklaza, koji je djelomično topljiv enzim u većini tkiva.
Enzimi gvanilat ciklaze odgovorni su za "ciklizaciju" fosfatne skupine u položaju 5 'šećernog ostatka (riboze), uzrokujući vezanje istog fosfata za dvije različite OH skupine u istoj molekuli.
Ovaj enzim je vrlo bogat u tankom crijevu i plućima sisavaca, a najaktivniji izvor nalazi se u spermi vrste morskog ježa. U svim organizmima koji su proučavani ovisi o dvovalentnim manganovim ionima, što ih razlikuje od adenilatnih ciklaza, o kojima ovisi magnezij ili cink.
Degradacija cikličkog GMP posredovana je cikličnim nukleotidnim fosfodiesterazama koje nisu specifične, jer je pokazano da su isti enzimi sposobni koristiti i ciklički AMP i ciklički GMP kao hidrolizujući supstrat.
Oba procesa, formiranje i razgradnja, pažljivo se kontroliraju unutar staničnih.
Struktura
Struktura cikličkog GMP ne razlikuje se značajno od strukture ostalih cikličkih nukleotida. Kao što mu ime govori (gvanozin 3 ', 5'-monofosfat) sadrži fosfatnu skupinu vezanu na kisik na ugljiku na položaju 5' šećera riboze.
Spomenuti šećer riboze povezan je istodobno s dušičnom bazom heterocikličkog gvaninskog prstena pomoću glikozidne veze s ugljikom u položaju 1 'riboze.
Fosfatna skupina koja je vezana na atom kisika na položaju 5 'riboze prenosi se fosfodiesterskom vezom, koja se događa između iste fosfatne skupine i kisika ugljika u položaju 3' riboze, na taj način formira se 3'-5'- "trans-stopljeni" fosfat (3'-5'-trans-fuzionirani fosfat).
Fuzija fosfatne skupine ili njezina "ciklizacija" uzrokuje povećanje krutosti molekule jer ograničava slobodnu rotaciju veza u furanskom prstenu riboze.
Kao što vrijedi i za ciklički AMP, glikozidna veza između gvaninskog prstena i riboze i njegova sloboda rotacije važni su strukturni parametri za specifično prepoznavanje cikličkog GMP-a.
Značajke
Za razliku od mnogih i vrlo različitih funkcija koje imaju drugi analogni ciklički nukleotidi poput cikličnog AMP, funkcija cikličkog GMP je malo ograničenija:
1-Sudjeluje u signalnim procesima kao odgovor na svjetlosnu stimulaciju vizualnih pigmenata. Koncentracija mu se mijenja zbog aktiviranja G proteina koji percipira svjetlosni podražaj i interakcije je s GMP ovisnom cikličkom fosfodiesterazom.
Promjene u razini ovog nukleotida mijenjaju propusnost membrane oka u staničnoj formi na natrijeve ione, uzrokujući druge promjene koje prekidaju prijenos podražaja na optički živac.
2-Ima funkcije u ciklusu kontrakcije mišića i opuštanja glatkih mišića kao odgovor na dušikov oksid i druge kemijske spojeve različite prirode.
3 - Povećanje njegove koncentracije zbog odgovora na natriuretičke peptide povezano je s regulacijom kretanja natrijevih i vodenih iona kroz stanične membrane.
4-U nekim se organizmima ciklički GMP može natjecati s cikličkim AMP-om za cikličku nukleotidnu fosfodiesterazu, a dodavanje cikličkog GMP-a može pridonijeti povećanju koncentracije cikličkog AMP-a smanjenjem njegove razgradnje.
5-Bakterije poput E. coli povećavaju razinu cikličkog GMP-a kada su izložene kemo-atraktantima, što ukazuje da ovaj nukleotid sudjeluje u signalnim procesima kao odgovor na ove kemijske podražaje.
6 - Utvrđeno je da ciklički GMP također ima važne implikacije na procese vazodilatacije i erekcije kod sisavaca.
7-kanalni ionski kanali (kalcij i natrij) su regulirani unutarćelijskim ligandima koji posebno koriste ciklički GMP.
Reference
- Botsford, JL (1981). Ciklički nukleotidi u prokariotima. Mikrobiološki pregledi, 45 (4), 620–642.
- Garrett, R., i Grisham, C. (2010). Biokemija (4. izd.). Boston, SAD: Brooks / Cole. CENGAGE Učenje.
- Hardman, J., Robison, A., i Sutherland, E. (1971). Ciklični nukleotidi. Godišnji pregledi iz fiziologije, 33, 311–336.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovi principi biokemije. Omega izdanja (5. izd.).
- Newton, RP, & Smith, CJ (2004). Ciklični nukleotidi. Fitohemija, 65, 2423-2437.