GUANINE: KENMERKEN, STRUCTUUR, VORMING EN FUNCTIES - BIOLOGIE - 2026

De guanine is een stikstofhoudende base die dient voor de biosynthese van guanylaatmonofosfaat en 5'-5'-monofosfaat het deoxiguanilato. Beide stoffen maken respectievelijk deel uit van RNA en DNA, waarin de genetische informatie van cellen wordt opgeslagen.

Ribonucleïnezuur (RNA) en deoxyribonucleïnezuur (DNA) bestaan ​​uit nucleotiden, die bestaan ​​uit een stikstofbase die aan een suiker- en een fosfaatgroep is bevestigd.

Bron: NEUROtiker

Guanine maakt niet alleen deel uit van nucleïnezuren, maar neemt in zijn vorm van nucleosiden monofosfaat, difosfaat en trifosfaten (GMP, GDP en GTP) deel aan processen zoals het energiemetabolisme, de vertaling van het intracellulaire signaal, de fysiologie van fotoreceptoren en blaasjesfusie.

Chemische structuur

De chemische structuur van guanine (2-amino-6-hydroxypurine) is een heterocyclische purinering, bestaande uit een systeem van twee gekoppelde ringen: de ene ring is pyrimidine en de andere ring is imidazool.

De heterocyclische ring van Guanine is plat met enkele geconjugeerde dubbele bindingen. Bovendien heeft het twee tautomere vormen, de keto- en enolvormen, tussen de C-1- en N-6-groepen.

kenmerken

De kenmerken van guanine zijn als volgt:

- Guanine is een apolaire stof. Het is onoplosbaar in water, maar het is oplosbaar in geconcentreerde oplossingen van sterke zuren of basen.

- Het kan worden geïsoleerd als een witte vaste stof, met empirische formule C ₅ H ₅ N ₅ O en molecuulgewicht 151,3 g / mol.

- DNA's eigenschap om licht te absorberen bij 260 nm is gedeeltelijk te danken aan de chemische structuur van guanine.

- In DNA vormt guanine drie waterstofbruggen. De C-6 carbonylgroep is een waterstofbrug acceptor, de N-1 groep en de C-2 aminogroep zijn waterstofbruggen.

Om deze reden kost het meer energie om een ​​binding tussen een guanine en een cytosine te verbreken dan die van een adenine met een thymine, aangezien het laatste paar is verbonden door slechts twee waterstofbruggen.

- In de cel wordt het altijd aangetroffen als onderdeel van nucleïnezuren of als GMP, GDP en GTP, nooit in zijn vrije vorm.

Biosynthese

Het guaninemolecuul wordt, net als andere purines, de novo gesynthetiseerd uit 5-fosforibosyl-1-pyrofosfaat (PRPP), door middel van reacties die worden gekatalyseerd door enzymen.

De eerste stap bestaat uit het toevoegen van een aminogroep, van glutamine, aan PRPP en wordt 5-fosforibosilamine (PRA) gevormd.

Vervolgens vindt in een geordende volgorde de toevoeging van glycine, aspartaat, glutamine, formiaat en kooldioxide aan de PRA plaats. Op deze manier wordt een intermediaire metaboliet gevormd, inosine 5'-monofosfaat (IMP) genaamd.

Tijdens dit proces wordt vrije energie gebruikt uit de hydrolyse van ATP (adenosine 5'-trifosfaat), dat ADP (adenosine 5'-difosfaat) en Pi (anorganisch fosfaat) produceert.

Een oxidatie van IMP is afhankelijk van NAD ⁺ (nicotinamide adenine dinucleotide), waarbij xanthine 5'-monofosfaat (XMP) wordt geproduceerd. Daaropvolgende toevoeging van een aminogroep aan XMP produceert het guanylaatmolecuul.

Regulatie van de biosynthese van guanylaat vindt plaats aan het begin, wanneer PRA wordt gevormd, en aan het einde, wanneer IMP-oxidatie optreedt. Regulatie vindt plaats door negatieve feedback: een GMP-nucleotide remt de enzymen in beide stadia.

Tijdens de metabolische afbraak van nucleotiden worden stikstofhoudende basen gerecycled. GMP wordt gevormd door het enzym hypoxanthine-guanine-fosforibosyltransferase, dat een fosribosylgroep van PRPP naar guanine overbrengt.

Functie

Omdat guanine niet in zijn vrije vorm wordt gevonden, worden zijn functies geassocieerd met GMP, GDP en GTP. Sommigen van hen worden hieronder genoemd:

- Guanosine 5'-trifosfaat (GTP) fungeert als een reservoir van vrije energie. De gammafosfaatgroep van GTP kan worden overgebracht naar adenosine 5'-trifosfaat (ADP) om ATP te vormen. Deze reactie is omkeerbaar en wordt gekatalyseerd door nucleosidedifosfaatkinase.

- GMP is de meest stabiele vorm van de nucleotide die guanine bevat. Door hydrolyse vormt GMP cyclisch GMP (cGMP), een tweede boodschapper tijdens intracellulaire signalering, in de translatieroutes. Bijvoorbeeld in de fotoreceptor- en chemoreceptorcellen van geur.

- Het cGMP neemt deel aan de ontspanning van de bloedvaten van de gladde spier, tijdens de biosynthese van stikstofmonoxide in de cellen van het endotheel.

- De hydrolyse van GTP-gammafosfaat dient als een vrije energiebron voor de biosynthese van eiwitten in ribosomen.

- Hellicase-enzymen hebben vrije energie nodig van GTP-hydrolyse om de dubbele DNA-helix te scheiden tijdens DNA-replicatie en transcriptie.

- In neuronen van de hippocampus wordt de werking van spanningsafhankelijke natriumkanalen gereguleerd door de hydrolyse van GTP tot GDP.

Gerelateerde ziekten

Hoge niveaus van urinezuur in het bloed en de urine zijn in verband gebracht met drie verschillende metabole defecten, die we hieronder zullen zien.

Lesch-Nyhan-syndroom

Het wordt gekenmerkt door een tekort aan HPRT (hypoxanthine-guanine fosforibosyltransferase), een enzym dat belangrijk is voor de recycling van hypoxanthine en guanine. In dit geval stijgen de PRPP-niveaus en worden IMP en GMP, twee belangrijke regulatoren van de beginfase van de purinesynthese, niet gevormd. Dit alles bevordert de de novo biosynthese van purines.

Verhoogde PRPP-synthase-activiteit

Dit leidt tot een verhoging van de PRPP-niveaus. Deze metaboliet werkt als een activator van glutamine PRPP-amidotranferase, dat verantwoordelijk is voor de synthese van 5-fosforibosylamine, waardoor de de novo biosynthese van purines wordt verhoogd.

Von Gierke-syndroom

Het is een glycogeenstapelingsziekte type I. Patiënten met dit syndroom hebben een defecte glucose-6-fosfatase. Hierdoor stijgt het glucose-6-fosfaatgehalte, dat dient voor de synthese van ribose 5-fosfaat, via pentosefosfaat.

Ribose 5-fosfaat is de metaboliet waarvan wordt uitgegaan voor de biosynthese van PRPP. Net als in de twee voorgaande gevallen leidt dit tot een toename van de novo biosynthese van purines.

Verhoogd urinezuur in het bloed en de urine veroorzaakt symptomen die algemeen bekend staan ​​als jicht. In het geval van het Lesch Nyhan-syndroom missen de patiënten de activiteit van het HPRP-enzym volledig, wat leidt tot de manifestatie van andere symptomen, waaronder verlamming en mentale retardatie.

Het HPRP-gen bevindt zich op chromosoom X. Daarom hebben mutaties in dit gen invloed op mannen. Er is geen behandeling om neurologische problemen te behandelen. Symptomen geassocieerd met verhoogd urinezuur worden behandeld met allopurinol.

Referenties

1. Dawson, R. et al. 1986. Gegevens voor biochemisch onderzoek. Clarendon Press, Oxford.
2. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. en Rawn, D. 2008. Principes van biochemie. 4e editie. Pearson Education.
3. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biochemistry. 3e editie.
4. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. en Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. 26e editie. McGraw-Hill-bedrijven.
5. Nelson, DL en Cox, M. 1994. Lehninger. Principes van biochemie. 4e editie. Ed Omega.
6. Sigma-Aldrich. 2019. Guanine chemisch blad. Word Wide Web-adres: sigmaaldrich.com.