Het guanosinetrifosfaat of guanosinetrifosfaat (GTP) is een van de vele nucleotiden die fosfaatvrije energie kunnen opslaan die gemakkelijk kan worden gebruikt voor meerdere biologische functies.
In tegenstelling tot andere verwante fosfaatnucleotiden, die gewoonlijk de nodige energie leveren om een breed scala aan processen in verschillende cellulaire contexten uit te voeren, hebben sommige auteurs aangetoond dat nucleotiden zoals GTP, UTP (uridinetrifosfaat) en CTP (cytidinetrifosfaat) voornamelijk energie leveren in anabole processen.
Chemische structuur van guanosinetrifosfaat of GTP (bron: Cacycle, via Wikimedia Commons)
In die zin suggereert Atkinson (1977) dat GTP functies heeft waarbij veel anabole processen worden geactiveerd via verschillende mechanismen, wat is aangetoond in zowel in vitro als in vivo systemen.
De energie in zijn bindingen, vooral tussen fosfaatgroepen, wordt gebruikt om sommige cellulaire processen aan te sturen die vooral bij synthese betrokken zijn. Voorbeelden hiervan zijn eiwitsynthese, DNA-replicatie en RNA-transcriptie, microtubuli-synthese, enz.
Structuur
Net als voor adeninenucleotiden (ATP, ADP en AMP), heeft GTP drie onbetwistbare elementen als basisstructuur:
-Een heterocyclische guaninering (purine)
-Een suiker op basis van vijf koolstofatomen, ribose (furanring) en
-Drie fosfaatgroepen bevestigd
De eerste fosfaatgroep van GTP is gehecht aan het 5'-koolstofatoom van de ribosesuiker en het guanineresidu is aan dit molecuul bevestigd via het 1'-koolstofatoom van de ribofuranosering.
Biochemisch gezien is dit molecuul een guanosine 5'-trifosfaat, beter te omschrijven als een purinetrifosfaat of, met zijn chemische naam, 9-β-D-ribofuranosylguanine-5'-trifosfaat.
Synthese
GTP kan de novo in veel eukaryoten worden gesynthetiseerd uit inosinezuur (inosine 5'-monofosfaat, IMP), een van de ribonucleotiden die worden gebruikt voor de synthese van purines, die een van de twee soorten stikstofhoudende basen zijn DNA en andere moleculen zijn verzonnen.
Deze verbinding, inosinezuur, is niet alleen een belangrijk vertakkingspunt voor de synthese van purines, maar ook voor de synthese van de fosfaatnucleotiden ATP en GTP.
De synthese van de guanosinefosfaatnucleotiden (GMP, GDP en GTP: guanosinemono-, di- en trifosfaat, respectievelijk) begint met de NAD + -afhankelijke hydroxylering van de purinering van IMP, waarbij het tussenproduct xanthosinemonofosfaat (XMP) wordt gevormd. .
Deze reactie wordt gekatalyseerd door een enzym dat bekend staat als IMP dehydrogenase, dat allosterisch wordt gereguleerd door GMP.
Een amidegroep wordt vervolgens overgebracht naar het aldus geproduceerde XMP (glutamine- en ATP-afhankelijke reactie) door de werking van het enzym XMP-aminase, waar een molecuul guanosinemonofosfaat of GMP wordt geproduceerd.
Aangezien de meest actieve nucleotiden in het algemeen trifosfaatnucleotiden zijn, zijn er enzymen verantwoordelijk voor de overdracht van fosfaatgroepen naar GMP-moleculen die worden gegenereerd in de zojuist beschreven route.
Deze enzymen zijn specifieke ATP-afhankelijke kinasen (kinasen) die bekend staan als guanylaatkinasen en nucleosidedifosfokinasen.
In de reactie die wordt gekatalyseerd door guanylaatcyclasen, werkt ATP als een fosfaatdonor voor de omzetting van GMP naar GDP en ATP:
GMP + ATP → GDP + ADP
Het guaninedifosfaat (GDP) -nucleotide wordt vervolgens gebruikt als substraat voor een nucleosidedifosfokinase, dat ook ATP gebruikt als fosfaatdonor voor de omzetting van GDP naar GTP:
BBP + ATP → GTP + ADP
Synthese via andere routes
Er zijn veel cellulaire metabole routes die in staat zijn om GTP te produceren anders dan de de novo biosynthetische route. Deze doen dit meestal door de overdracht van fosfaatgroepen, afkomstig uit verschillende bronnen, naar de GMP- en GDP-precursoren.
Kenmerken
GTP, als een nucleotidefosfaat analoog aan ATP, heeft talloze functies op cellulair niveau:
- Neemt deel aan de groei van microtubuli, dit zijn holle buisjes die zijn samengesteld uit een eiwit dat bekend staat als 'tubuline' waarvan de polymeren het vermogen hebben om GTP te hydrolyseren, wat essentieel is voor de verlenging of groei ervan.
-Het is een essentiële factor voor G-eiwitten of GTP-bindende eiwitten, die als mediatoren functioneren in verschillende signaaltransductieprocessen die op hun beurt gerelateerd zijn aan cyclisch AMP en zijn signaalcascades.
Deze signaalprocessen resulteren in de communicatie van de cel met zijn omgeving en van zijn interne organellen met elkaar, en zijn vooral belangrijk voor het uitvoeren van de instructies die zijn gecodeerd in hormonen en andere belangrijke factoren bij zoogdieren.
Een voorbeeld van deze signaalroutes die van groot belang zijn voor de cel, is de regulatie van het enzym adenylaatcyclase door zijn interactie met een G-eiwit.
Kenmerken
GTP heeft veel functies die zijn aangetoond door in vitro experimenten in "celvrije" systemen. Uit deze experimenten is gebleken dat het actief deelneemt aan:
-Eiwit synthese in eukaryoten (zowel voor de initiatie en verlenging van peptiden)
-Stimulatie van eiwitglycosylering
-De synthese van ribosomaal RNA in prokaryoten en eukaryoten
-De synthese van fosfolipiden, vooral tijdens de synthese van diacylglycerol
Bepaalde functies
Andere experimenten, maar in cellulaire of in vivo systemen hebben de deelname van GTP aan processen bewezen zoals:
-Sporulatie en activering van de sporen van verschillende klassen micro-organismen, prokaryoten en eukaryoten
-Synthese van ribosomaal RNA in eukaryoten
-Onder andere.
Er is ook voorgesteld dat de oncogene progressie van normale cellen naar kankercellen verlies van controle over celgroei en proliferatie met zich meebrengt, waaraan veel GTP-bindende eiwitten en eiwitkinases met specifieke GTP-afhankelijke activiteit deelnemen.
GTP heeft ook stimulerende effecten op de invoer van eiwitten in de mitochondriale matrix, die rechtstreeks verband houdt met de hydrolyse ervan (meer dan 90% van de mitochondriale eiwitten wordt gesynthetiseerd door ribosomen in het cytosol).
Referenties
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Essentiële celbiologie. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemie (3e ed.). San Francisco, Californië: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: een centrale regulator van cellulair anabolisme. In B. Horecker & E. Stadtman (Eds.), Current Topics in Cellular Regulation (Vol. 25, p. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biochemie. Burlington, Massachusetts: uitgevers Neil Patterson.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). GTP-hydrolyse is essentieel voor de import van eiwitten in de mitochondriale matrix. The Journal of Biological Chemistry, 273 (3), 1420-1424.