Guanina: đặc điểm, cấu trúc, đào tạo và chức năng

Guanine là một cơ sở nitơ được sử dụng cho quá trình sinh tổng hợp guanylate 5'-monophosphate và deoxyarchilate 5'-monophosphate. Cả hai chất tương ứng là một phần của RNA và DNA, lưu trữ thông tin di truyền của các tế bào.

Axit ribonucleic (RNA) và axit deoxyribonucleic (DNA) được hình thành bởi các nucleotide, được cấu thành bởi một cơ sở nitơ liên kết với một đường và một nhóm phốt phát.

Ngoài việc là một phần của axit nucleic, guanine, dưới dạng nucleoside monophosphate, diphosphate và triphosphate (GMP, GDP và GTP) tham gia vào các quá trình như chuyển hóa năng lượng, dịch mã tín hiệu nội bào, sinh lý học của tế bào cảm quang và sự hợp nhất của túi.

Cấu trúc hóa học

Cấu trúc hóa học của guanine (2-amino-6-hydroxypurine) là một vòng purine dị vòng, bao gồm một hệ thống gồm hai vòng nối: một vòng là pyrimidine và vòng còn lại là imidazole.

Vòng dị vòng của guanine phẳng và có một số liên kết đôi liên hợp. Ngoài ra, nó có hai dạng tautomeric, dạng keto và enol, giữa các nhóm C-1 và N-6.

Các tính năng

Các đặc điểm của guanina như sau:

- Guanine là một chất cực. Nó không hòa tan trong nước, nhưng nó hòa tan trong dung dịch đậm đặc của axit hoặc bazơ mạnh.

- Nó có thể được phân lập dưới dạng chất rắn màu trắng, với công thức thực nghiệm C ₅ H ₅ N ₅ O và trọng lượng phân tử 151, 3 g / mol.

- Tính chất của sự hấp thụ ánh sáng ở 260nm DNA là do một phần cấu trúc hóa học của guanine.

- Trong DNA, guanine tạo thành ba liên kết hydro. Nhóm carbonyl C-6 là chất nhận liên kết hydro, nhóm N-1 và nhóm amino của C-2 là các nhà tài trợ liên kết hydro.

Vì lý do này, cần nhiều năng lượng hơn để phá vỡ liên kết giữa guanine và cytosine, so với adenine với thymine, vì cặp cuối cùng này chỉ được liên kết bởi hai liên kết hydro.

- Trong tế bào, nó luôn là một phần của axit nucleic hoặc dưới dạng GMP, GDP và GTP, không bao giờ ở dạng tự do.

Sinh tổng hợp

Phân tử guanine, giống như các purin khác, được tổng hợp de novo từ 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP), thông qua các phản ứng được xúc tác bởi enzyme.

Bước đầu tiên là bổ sung một nhóm amino, từ glutamine, vào PRPP và 5-phosphoribosylamine (PRA) được hình thành.

Sau đó, theo một trình tự có trật tự, việc bổ sung glycine, aspartate, glutamine, formate và carbon dioxide vào PRA xảy ra. Theo cách này, một chất chuyển hóa trung gian được gọi là inosine 5'-monophosphate (IMP) được hình thành.

Trong quá trình này, năng lượng tự do của quá trình thủy phân ATP (adenosine 5'-triphosphate) được sử dụng, tạo ra ADP (adenosine 5'-diphosphate) và Pi (phốt phát vô cơ).

Quá trình oxy hóa của IMP phụ thuộc vào NAD + (nicotinamide dinucleotide và adenine), nó tạo ra xanthine 5'-monophosphate (XMP). Việc bổ sung tiếp theo của một nhóm amino vào XMP tạo ra phân tử guanylate.

Việc điều hòa sinh tổng hợp guanilate được thực hiện ngay từ đầu, khi PRA được hình thành và cuối cùng, khi quá trình oxy hóa của IMP xảy ra. Sự điều hòa xảy ra thông qua phản hồi tiêu cực: một nucleotide GMP ức chế các enzyme trong cả hai giai đoạn.

Trong quá trình trao đổi chất của các nucleotide, các bazơ nitơ được tái chế. GMP được hình thành bởi enzyme hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase, chuyển một nhóm fosribosyl từ PRPP sang guanine.

Chức năng

Vì guanine không được tìm thấy ở dạng tự do, các chức năng của nó được liên kết với GMP, GDP và GTP. Đây là một số trong số họ:

- Guanosine 5'-triphosphate (GTP) hoạt động như một nguồn năng lượng tự do. Nhóm GTP gamma phosphate có thể được chuyển sang adenosine 5'-triphosphate (ADP), để tạo thành ATP. Phản ứng này có thể đảo ngược và được xúc tác bởi nucleoside diphosphate kinase.

- GMP là dạng nucleotide ổn định nhất có chứa guanine. Bằng cách thủy phân, GMP tạo thành chu kỳ GMP (cGMP), là chất truyền tin thứ hai trong quá trình truyền tín hiệu nội bào, trong quá trình dịch mã. Ví dụ, trong các tế bào cảm quang và tế bào hóa học của mùi.

- cGMP tham gia vào việc thư giãn các mạch máu của cơ trơn, trong quá trình sinh tổng hợp oxit nitric trong các tế bào nội mô.

- Sự thủy phân của GTP gamma phosphate đóng vai trò là nguồn năng lượng tự do cho quá trình sinh tổng hợp protein trong ribosome.

- Các enzyme helicase cần năng lượng tự do của quá trình thủy phân GTP để tách chuỗi xoắn kép của DNA, trong quá trình sao chép và sao chép DNA.

- Trong các tế bào thần kinh vùng đồi thị, hoạt động của các kênh natri phụ thuộc vào điện áp được điều hòa bởi sự thủy phân GTP thành GDP.

Bệnh liên quan

Nồng độ axit uric trong máu và nước tiểu cao có liên quan đến ba khiếm khuyết trao đổi chất khác nhau, chúng ta sẽ thấy dưới đây.

Hội chứng Lesch-Nyhan

Nó được đặc trưng bởi sự thiếu hụt HPRT (hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase), một loại enzyme quan trọng để tái chế hypoxanthine và guanine. Trong trường hợp này, nó làm tăng mức PRPP và không hình thành IMP và GMP, hai cơ quan quản lý quan trọng của giai đoạn tổng hợp purine ban đầu. Tất cả điều này ủng hộ quá trình sinh tổng hợp của purin.

Hoạt động của PRPP synthase tăng lên

Điều này tạo ra sự gia tăng mức độ PRPP. Chất chuyển hóa này hoạt động như một chất kích hoạt của glutamine PRPP-amidotransferase, chịu trách nhiệm tổng hợp 5-phosphoribosylamine, làm tăng sinh tổng hợp purin.

Hội chứng Von Gierke

Đây là một bệnh liên quan đến việc lưu trữ glycogen loại I. Bệnh nhân mắc hội chứng này có glucose 6-phosphatase bị khiếm khuyết. Điều này tạo ra sự gia tăng nồng độ glucose 6-phosphate, phục vụ cho quá trình tổng hợp ribose 5-phosphate, thông qua pentose phosphate.

Ribose 5-phosphate là chất chuyển hóa khởi đầu cho quá trình sinh tổng hợp PRPP. Tương tự như hai trường hợp trước, điều này dẫn đến sự gia tăng sinh tổng hợp de novo của purin.

Sự gia tăng axit uric trong máu và nước tiểu gây ra các triệu chứng thường được gọi là bệnh gút. Trong trường hợp hội chứng Lesch Nyhan, bệnh nhân hoàn toàn thiếu hoạt động của enzyme HPRP, dẫn đến biểu hiện của các triệu chứng khác bao gồm tê liệt và chậm phát triển tâm thần.

Gen HPRP nằm trên nhiễm sắc thể X. Do đó, đột biến gen này ảnh hưởng đến con đực. Không có điều trị để điều trị các vấn đề về thần kinh. Các triệu chứng liên quan đến tăng axit uric được điều trị bằng allopurinol.