GUANINE: CIRI, STRUKTUR, PEMBENTUKAN DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The guanine adalah tempat nitrogenous yang berfungsi untuk biosintesis guanylate monophosphate dan 5'-5'-Monophosphate deoxiguanilato itu. Kedua-dua bahan tersebut masing-masing merupakan bagian dari RNA dan DNA, yang menyimpan maklumat genetik sel.

Asid ribonukleat (RNA) dan asid deoksiribonukleik (DNA) terdiri daripada nukleotida, yang terdiri daripada asas nitrogen yang melekat pada kumpulan gula dan fosfat.

Sumber: NEUROtiker

Guanine, selain menjadi sebahagian daripada asid nukleik, dalam bentuk nukleosida monofosfat, difosfat dan trifosfat (GMP, GDP dan GTP) turut serta dalam proses seperti metabolisme tenaga, terjemahan isyarat intraselular, fisiologi reseptor fotoreseptor dan pelakuran vesikel.

Struktur kimia

Struktur kimia guanine (2-amino-6-hydroxypurine) adalah cincin purin heterosiklik, yang terdiri daripada sistem dua cincin yang dihubungkan: satu cincin adalah pyrimidine dan cincin yang lain adalah imidazol.

Cincin heterosiklik Guanine rata dengan beberapa ikatan berganda terkonjugasi. Selain itu, ia mempunyai dua bentuk tautomer, bentuk keto dan enol, antara kumpulan C-1 dan N-6.

ciri

Ciri-ciri guanin adalah seperti berikut:

- Guanine adalah bahan apolar. Ia tidak larut dalam air, tetapi larut dalam larutan pekat dari asid atau basa kuat.

- Ia boleh diasingkan sebagai pepejal putih, dengan formula empirik C ₅ H ₅ N ₅ O, dan berat molekul 151.3 g / mol.

- Kekayaan DNA menyerap cahaya pada 260 nm disebabkan sebahagiannya oleh struktur kimia guanin.

- Dalam DNA, guanin membentuk tiga ikatan hidrogen. Kumpulan C-6 karbonil adalah akseptor ikatan hidrogen, kumpulan N-1 dan kumpulan amino C-2 adalah penderma ikatan hidrogen.

Atas sebab ini, diperlukan lebih banyak tenaga untuk memutuskan ikatan antara guanin dan sitosin, daripada ikatan adenin dengan timin, kerana pasangan terakhir dihubungkan oleh hanya dua ikatan hidrogen.

- Di dalam sel, ia selalu dijumpai sebagai bahagian asid nukleik atau sebagai GMP, PDB dan GTP, tidak pernah dalam bentuk bebas.

Biosintesis

Molekul guanin, seperti purin lain, disintesis de novo dari 5-fosforibosil-1-pirofosfat (PRPP), melalui reaksi yang dikatalisis oleh enzim.

Langkah pertama terdiri daripada penambahan kumpulan amino, dari glutamin, ke PRPP dan 5-fosforibosilamin (PRA) terbentuk.

Selepas itu, dalam urutan yang teratur, penambahan glisin, aspartat, glutamin, format, dan karbon dioksida ke PRA berlaku. Dengan cara ini, metabolit perantaraan yang disebut inosin 5'-monophosphate (IMP) terbentuk.

Semasa proses ini, tenaga bebas digunakan dari hidrolisis ATP (adenosin 5'-trifosfat), yang menghasilkan ADP (adenosin 5'-difosfat) dan Pi (anorganik fosfat).

Pengoksidaan IMP bergantung pada NAD ⁺ (nicotinamide adenine dinucleotide), menghasilkan xanthine 5'-monophosphate (XMP). Penambahan kumpulan amino seterusnya ke XMP menghasilkan molekul guanylate.

Peraturan biosintesis guanylate berlaku pada awal, ketika PRA terbentuk, dan pada akhirnya, ketika pengoksidaan IMP terjadi. Peraturan berlaku oleh maklum balas negatif: nukleotida GMP menghalang enzim pada kedua tahap.

Semasa degradasi metabolik nukleotida, asas nitrogen dikitar semula. GMP dibentuk oleh enzim hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase, memindahkan kumpulan phosribosyl dari PRPP ke guanin.

Fungsi

Oleh kerana guanin tidak dijumpai dalam bentuk bebas, fungsinya dikaitkan dengan GMP, PDB dan GTP. Sebahagian daripadanya disebutkan di bawah:

- Guanosine 5'-triphosphate (GTP) bertindak sebagai takungan tenaga bebas. Kumpulan GTP fosfat GTP dapat dipindahkan ke adenosine 5'-triphosphate (ADP), untuk membentuk ATP. Tindak balas ini boleh diterbalikkan, dan dikatalisis oleh nukleosida difosfat kinase.

- GMP adalah bentuk nukleotida yang paling stabil yang mengandungi guanin. Melalui hidrolisis, GMP membentuk GMP siklik (cGMP), yang merupakan utusan kedua semasa pemberian isyarat intraselular, di jalan terjemahan. Contohnya, dalam sel bau photoreceptor dan chemoreceptor.

- CGMP mengambil bahagian dalam kelonggaran saluran darah otot licin, semasa biosintesis nitrik oksida dalam sel-sel endotelium.

- Hidrolisis GTP fosfat gamma berfungsi sebagai sumber tenaga bebas untuk biosintesis protein dalam ribosom.

- Enzim Hellicase memerlukan tenaga bebas dari hidrolisis GTP untuk memisahkan heliks ganda DNA, semasa replikasi dan transkripsi DNA.

- Pada neuron hipokampus, tindakan saluran natrium berpagar voltan diatur oleh hidrolisis GTP ke PDB.

Penyakit yang berkaitan

Tahap asid urik yang tinggi dalam darah dan air kencing telah dikaitkan dengan tiga kecacatan metabolik yang berbeza, yang akan kita lihat di bawah.

Sindrom Lesch-Nyhan

Ia dicirikan oleh kekurangan HPRT (hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase), enzim yang penting untuk kitar semula hypoxanthine dan guanine. Dalam kes ini, tahap PRPP meningkat dan IMP dan GMP, dua pengatur penting tahap awal sintesis purin, tidak terbentuk. Semua ini menyokong biosintesis purin de novo.

Peningkatan aktiviti sintase PRPP

Ini menghasilkan peningkatan tahap PRPP. Metabolit ini bertindak sebagai pengaktif glutamin PRPP-amidotransferase, yang bertanggungjawab untuk sintesis 5-fosforiboslamina, meningkatkan biosintesis purin de novo.

Sindrom Von Gierke

Ia adalah penyakit berkaitan penyimpanan glikogen jenis I. Pesakit dengan sindrom ini mengalami kekurangan glukosa 6-fosfatase. Ini menghasilkan peningkatan kadar glukosa 6-fosfat, yang berfungsi untuk sintesis ribosa 5-fosfat, melalui pentosa fosfat.

Ribose 5-fosfat adalah metabolit permulaan untuk biosintesis PRPP. Sama dengan dua kes sebelumnya, ini membawa kepada peningkatan biosintesis purin de novo.

Peningkatan asid urik dalam darah dan air kencing menyebabkan gejala yang biasanya dikenali sebagai gout. Dalam kes sindrom Lesch Nyhan, pesakit benar-benar kekurangan aktiviti enzim HPRP, yang menyebabkan manifestasi gejala lain termasuk kelumpuhan dan keterbelakangan mental.

Gen HPRP berada pada kromosom X. Oleh itu, mutasi pada gen ini mempengaruhi lelaki. Tidak ada rawatan untuk mengatasi masalah neurologi. Gejala yang berkaitan dengan peningkatan asid urik dirawat dengan allopurinol.

Rujukan

1. Dawson, R. et al. 1986. Data untuk Penyelidikan Biokimia. Clarendon Press, Oxford.
2. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. And Rawn, D. 2008. Prinsip Biokimia. Edisi ke-4. Pendidikan Pearson.
3. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biokimia. Edisi ke-3.
4. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. Edisi ke-26. Syarikat McGraw-Hill.
5. Nelson, DL dan Cox, M. 1994. Lehninger. Prinsip Biokimia. Edisi ke-4. Ed Omega.
6. Sigma-Aldrich. 2019. Lembaran Kimia Guanine. Alamat Web Wide Web: sigmaaldrich.com.