Het cyclische GMP , guanosinemonofosfaat, ook bekend als cyclisch guanosinemonofosfaat of guanosine 3 van ', 5'-monofosfaat, is een nucleotide dat betrokken is bij tal van cyclische celprocessen, vooral die gerelateerd aan signalering en intercellulaire communicatie.
Het werd meer dan 40 jaar geleden voor het eerst beschreven, kort na de ontdekking van zijn analoge, cyclische AMP, dat ervan verschilt in termen van stikstofbase, aangezien het geen nucleotide is van guanine maar van adenine.
Chemische structuur van cyclisch guanosinemonofosfaat of GMP (Bron: en: Gebruiker: Diberri via Wikimedia Commons)
Net als andere cyclische nucleotiden, zoals het eerder genoemde cyclische AMP of cyclische CTP (cyclisch cytidinemonofosfaat), is de structuur van cyclisch GMP bepalend voor zijn chemische eigenschappen en biologische activiteit, en maakt het bovendien stabieler dan zijn tegenhanger.
Dit nucleotide wordt geproduceerd door een enzym dat bekend staat als guanylylcyclase en is in staat signaalcascades van cyclisch afhankelijke GMP-proteïnekinasen af te vuren, op een vergelijkbare manier als cyclisch AMP.
Het is niet alleen beschreven bij zoogdieren, die zeer complexe dieren zijn, maar ook bij de eenvoudigste prokaryoten, opgenomen in de koninkrijken van eubacteria en archaea. De aanwezigheid ervan in planten is nog steeds een punt van discussie, maar er zijn aanwijzingen dat het afwezig is in deze organismen.
Vorming en afbraak
De intracellulaire concentratie van de cyclische guaninenucleotiden, evenals die van adenine, is extreem laag, vooral in vergelijking met hun niet-cyclische analogen die mono-, di- of trifosfaat zijn.
De niveaus van dit nucleotide kunnen echter selectief worden gewijzigd in aanwezigheid van bepaalde hormonale stimuli en andere factoren die zich gedragen als primaire boodschappers.
Het metabolisme van cyclisch GMP is gedeeltelijk onafhankelijk van het metabolisme van cyclisch AMP en andere analoge nucleotiden. Dit wordt geproduceerd uit GTP door een enzymsysteem dat bekend staat als guanylylcyclase of guanylaatcyclase, een gedeeltelijk oplosbaar enzym in de meeste weefsels.
Guanylaatcyclase-enzymen zijn verantwoordelijk voor de "cyclisatie" van de fosfaatgroep op positie 5 'van het suikerresidu (ribose), waardoor hetzelfde fosfaat aan twee verschillende OH-groepen in hetzelfde molecuul wordt gebonden.
Dit enzym is zeer overvloedig aanwezig in de dunne darm en longen van zoogdieren en de meest actieve bron wordt aangetroffen in het sperma van een soort zee-egel. In alle organismen die zijn onderzocht, is het afhankelijk van tweewaardige mangaanionen, waardoor het zich onderscheidt van adenylaatcyclasen, die afhankelijk zijn van magnesium of zink.
De afbraak van cyclisch GMP wordt gemedieerd door cyclische nucleotide-fosfodiësterasen die niet specifiek lijken te zijn, aangezien is aangetoond dat dezelfde enzymen zowel cyclisch AMP als cyclisch GMP kunnen gebruiken als hydrolyseerbare substraten.
Beide processen, vorming en afbraak, worden intracellulair zorgvuldig gecontroleerd.
Structuur
De structuur van cyclisch GMP verschilt niet significant van die van andere cyclische nucleotiden. Zoals de naam al aangeeft (guanosine 3 ', 5'-monofosfaat) heeft een fosfaatgroep gehecht aan zuurstof op de koolstof op de 5'-positie van een ribosesuiker.
Deze ribosesuiker is tegelijkertijd gekoppeld aan de stikstofbase van de heterocyclische guaninering door middel van een glycosidebinding met de koolstof in de 1'-positie van ribose.
De fosfaatgroep die is gehecht aan het zuurstofatoom op de 5'-positie van ribose wordt getransfuseerd door een fosfodiësterbinding, die optreedt tussen dezelfde fosfaatgroep en de zuurstof van de koolstof op de 3'-positie van ribose, waardoor een 3'-5'- "getransfuseerd" fosfaat (3'-5'-getransfuseerd fosfaat) wordt gevormd.
De versmelting van de fosfaatgroep of zijn "cyclisatie" veroorzaakt een toename van de stijfheid van het molecuul, aangezien het de vrije rotatie van de bindingen in de furanring van ribose beperkt.
Zoals ook geldt voor cyclisch AMP, zijn de glycosidebinding tussen de guaninering en ribose en zijn rotatievrijheid belangrijke structurele parameters voor de specifieke herkenning van cyclisch GMP.
Kenmerken
In tegenstelling tot de vele en zeer gevarieerde functies die andere analoge cyclische nucleotiden zoals cyclisch AMP hebben, is de functie van cyclisch GMP iets beperkter:
1-Neemt deel aan signaleringsprocessen als reactie op lichtstimulatie van visuele pigmenten. De concentratie wordt gewijzigd door de activering van een G-eiwit dat de lichtstimulus waarneemt en een interactie aangaat met een GMP-afhankelijke cyclische fosfodiësterase.
Veranderingen in de niveaus van dit nucleotide veranderen de permeabiliteit van het membraan van de staafvormige oogcellen voor natriumionen, waardoor andere veranderingen worden veroorzaakt die de overdracht van de stimulus naar de oogzenuw beëindigen.
2-Het heeft functies in de spiercontractie en ontspanningscyclus van gladde spieren als reactie op stikstofmonoxide en andere chemische verbindingen van verschillende aard.
3-Een toename van de concentratie als gevolg van de reactie op natriuretische peptiden houdt verband met de regulering van de beweging van natrium- en waterionen door celmembranen.
4-In sommige organismen kan cyclisch GMP concurreren met cyclisch AMP voor cyclisch nucleotide-fosfodiësterase, en de toevoeging van cyclisch GMP kan bijdragen aan een verhoging van de concentratie van cyclisch AMP door de afbraak ervan te verminderen.
5-bacteriën zoals E. coli verhogen hun niveaus van cyclisch GMP wanneer ze worden blootgesteld aan chemo-lokstoffen, wat aangeeft dat dit nucleotide betrokken is bij signaleringsprocessen als reactie op deze chemische stimuli.
6-Er is vastgesteld dat cyclische GMP ook belangrijke implicaties heeft bij vasodilatatie en erectieprocessen bij zoogdieren.
7-Veel gate-ionkanalen (calcium en natrium) worden gereguleerd door intracellulaire liganden die specifiek cyclisch GMP gebruiken.
Referenties
- Botsford, JL (1981). Cyclische nucleotiden in prokaryoten. Microbiological Reviews, 45 (4), 620-642.
- Garrett, R., en Grisham, C. (2010). Biochemie (4e ed.). Boston, VS: Brooks / Cole. CENGAGE Leren.
- Hardman, J., Robison, A., & Sutherland, E. (1971). Cyclische nucleotiden. Jaarverslagen in Physiology, 33, 311-336.
- Nelson, DL en Cox, MM (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Omega Editions (5e ed.).
- Newton, RP en Smith, CJ (2004). Cyclische nucleotiden. Phytochemistry, 65, 2423-2437.