Gvanozintrifosfat ili gvanozintrifosfat (GTP), jedna je od mnogih nukleotida za smještaj slobodne energije fosfat lako upotrebljiv za više biološke funkcije.
Za razliku od drugih srodnih nukleotida fosfata, koji obično osiguravaju potrebnu energiju za provođenje širokog spektra procesa u različitim staničnim kontekstima, neki su autori pokazali da nukleotidi poput GTP, UTP (uridin trifosfat) i CTP (citidin trifosfat) daju energiju uglavnom u anabolički procesi.
Kemijska struktura Guanozin trifosfata ili GTP (Izvor: Cacycle, via Wikimedia Commons)
U tom smislu, Atkinson (1977) sugerira da GTP ima funkcije koje uključuju aktiviranje mnogih anaboličkih procesa kroz različite mehanizme, što se pokazalo i u in vitro i in vivo sustavima.
Energija sadržana u njegovim vezama, posebno između fosfatnih skupina, koristi se za pokretanje nekih staničnih procesa koji su posebno uključeni u sintezu. Primjeri za to su sinteza proteina, replikacija DNA i transkripcija RNA, sinteza mikrotubula, itd.
Struktura
Kao što vrijedi za nukleotide adenina (ATP, ADP i AMP), GTP ima tri neosporna elementa kao svoju osnovnu strukturu:
-Heterociklički gvaninski prsten (purin)
- Pet ugljikovog osnovnog šećera, riboze (furanski prsten) i
- Pridružene su tri fosfatne skupine
Prva fosfatna skupina GTP vezana je za 5 'ugljika šećera riboze, a ostatak gvanina vezan je na ovu molekulu kroz 1' ugljik ribofuranoznog prstena.
U biokemijskom smislu, ova molekula je gvanozin-5'-trifosfat, bolje opisan kao purin trifosfat ili, sa svojim kemijskim nazivom, 9-β-D-ribofuranozilguanin-5'-trifosfat.
Sinteza
GTP se može sintetizirati de novo u mnogim eukariotama iz inozinske kiseline (inozin 5'-monofosfat, IMP), jednog od ribonukleotida koji se koristi za sintezu purina, a koji su jedna od dvije vrste dušičnih baza od kojih Sačinjavaju se DNA i ostale molekule.
Ovaj spoj, inozinska kiselina, važno je mjesto grane ne samo za sintezu purina, već i za sintezu nukleotida fosfata ATP i GTP.
Sinteza nukleotida gvanozin fosfata (GMP, GDP i GTP: gvanozin mono-, di- i trifosfat, respektivno) započinje hidroksilacijom ovisnom o NAD +, purinskom prstenu IMP, tvoreći međuproduktni spoj ksantozin monofosfat (XMP)., Ovu reakciju katalizira enzim poznat kao IMP dehidrogenaza, koji allosterno regulira GMP.
Amidna skupina tada se prenosi na tako proizveden XMP (reakcija ovisna o glutaminu i ATP) djelovanjem enzima XMP aminaza, pri čemu nastaje molekula guanozin monofosfata ili GMP.
Budući da su najaktivniji nukleotidi općenito trifosfatni nukleotidi, postoje enzimi odgovorni za prijenos fosfatnih skupina u GMP molekule koje nastaju na upravo opisanom putu.
Ovi enzimi su specifične ATP-ovisne kinaze (kinaze) poznate kao gvanilatne kinaze i nukleozidne difosfokinaze.
U reakciji kataliziranoj gvanilatnim ciklazama ATP djeluje kao donator fosfata za pretvorbu GMP-a u BDP i ATP:
GMP + ATP → BDP + ADP
Guanin difosfatni nukleotid (BDP) naknadno se koristi kao supstrat za nukleozidnu difosfokinazu, koji također koristi ATP kao fosfatni donor za pretvorbu BDP-a u GTP:
BDP + ATP → GTP + ADP
Sinteza drugim putovima
Postoji mnogo staničnih metaboličkih putova sposobnih stvarati GTP osim de novo biosintetskog puta. To se obično postiže prijenosom fosfatnih skupina, koje dolaze iz različitih izvora, prema GMP i prekursorima BDP-a.
Značajke
GTP, kao nukleotidni fosfat analogan ATP-u, ima bezbroj funkcija na staničnoj razini:
-Učestvuje u rastu mikrotubula koje su šuplje cijevi sastavljene od proteina poznatog kao "tubulin" čiji polimeri imaju sposobnost hidrolize GTP-a, što je bitno za njegovo produljenje ili rast.
- Bitan je faktor za G proteine ili proteine koji vežu GTP, koji djeluju kao posrednici u različitim procesima transdukcije signala koji su zauzvrat povezani s cikličkim AMP-om i njegovim signalnim kaskadama.
Ovi signalni procesi rezultiraju u komunikaciji stanice s okolinom i unutarnjih organela, a posebno su važni za provođenje uputstava kodiranih u hormonima i drugim važnim čimbenicima kod sisavaca.
Primjer ovih signalnih putova koji su od velike važnosti za stanicu je regulacija enzima adenilat ciklaza kroz njezinu interakciju s G proteinom.
Značajke
GTP ima brojne funkcije koje su dokazane in vitro eksperimentima u sustavima bez stanica. Iz ovih se eksperimenata moglo pokazati da aktivno sudjeluje u:
-Sinteza proteina u eukariotima (oboje za inicijaciju i produljenje peptida)
-Stimulacija glikozilacije proteina
-Sinteza ribosomalne RNA u prokariotima i eukariotima
-Sinteza fosfolipida, posebno tijekom sinteze diacilglicerola
Određene funkcije
Drugi eksperimenti, ali na staničnim ili in vivo sustavima, dokazali su sudjelovanje GTP-a u procesima kao što su:
-Porporacija i aktivacija spora različitih razreda mikroorganizama, prokariota i eukariota
-Sinteza ribosomske RNA u eukariotima
-Među ostalim.
Također je predloženo da onkogeni napredak od normalnih stanica do stanica raka uključuje gubitak kontrole nad staničnim rastom i proliferacijom, u čemu sudjeluju mnogi proteini koji vežu GTP i proteinske kinaze sa specifičnom GTP-ovisnom aktivnošću.
GTP također ima poticajne učinke na uvoz proteina u mitohondrijski matriks, što je izravno povezano s njegovom hidrolizom (više od 90% mitohondrijskih proteina sintetizira se pomoću ribosoma u citosolu).
Reference
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Bitna stanična biologija. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., i Ahern, K. (2000). Biokemija (3. izd.). San Francisco, Kalifornija: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: Središnji regulator staničnog anabolizma. U B. Horecker i E. Stadtman (ur.), Aktualne teme u staničnoj regulaciji (svezak 25, str. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biokemija. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
- Sepuri, NB V, Schu, N., i Pain, D. (1998). GTP hidroliza je bitna za uvoz proteina u mitohondrijski matriks. Časopis za biološku kemiju, 273 (3), 1420–1424.