The adenosina guanosine atau guanosine trifosfat (GTP) adalah salah satu daripada nukleotida mampu menyimpan fosfat tenaga bebas sedia boleh digunakan untuk fungsi biologi berbilang.
Tidak seperti nukleotida fosfat lain, yang biasanya memberikan tenaga yang diperlukan untuk melaksanakan pelbagai proses dalam konteks selular yang berbeza, beberapa penulis telah menunjukkan bahawa nukleotida seperti GTP, UTP (uridine trifosfat) dan CTP (sitidin trifosfat) membekalkan tenaga terutamanya di proses anabolik.
Struktur kimia Guanosine Triphosphate atau GTP (Sumber: Siklus, melalui Wikimedia Commons)
Dalam pengertian ini, Atkinson (1977) menunjukkan bahawa GTP mempunyai fungsi yang melibatkan pengaktifan banyak proses anabolik melalui mekanisme yang berbeza, yang telah ditunjukkan dalam sistem in vitro dan in vivo.
Tenaga yang terkandung dalam ikatannya, terutama antara kumpulan fosfat, digunakan untuk mendorong beberapa proses selular yang terlibat terutama dalam sintesis. Contohnya ialah sintesis protein, replikasi DNA dan transkripsi RNA, sintesis mikrotubulus, dll.
Struktur
Seperti yang berlaku untuk nukleotida adenin (ATP, ADP dan AMP), GTP mempunyai tiga elemen yang tidak dapat dipertikaikan sebagai struktur asasnya:
-Cincin heterosiklik guanin (purin)
-Sebuah gula asas lima karbon, ribosa (cincin furan) dan
-Tiga kumpulan fosfat dilampirkan
Kumpulan GTP fosfat pertama dilekatkan pada karbon 5 'gula ribosa dan residu guanin dilekatkan pada molekul ini melalui karbon 1' cincin ribofuranosa.
Dalam istilah biokimia, molekul ini adalah 5'-trifosfat guanosin, lebih baik digambarkan sebagai trifosfat purin atau, dengan nama kimianya, 9-β-D-ribofuranosilguanin-5'-trifosfat.
Sintesis
GTP dapat disintesis secara de novo dalam banyak eukariota dari asid inosinat (inosin 5'-monofosfat, IMP), salah satu ribonukleotida yang digunakan untuk sintesis purin, yang merupakan salah satu daripada dua jenis asas nitrogen DNA dan molekul lain dibuat.
Sebatian ini, asid inosinik, merupakan titik cabang penting bukan sahaja untuk sintesis purin, tetapi juga untuk sintesis nukleotida fosfat ATP dan GTP.
Sintesis nukleotida fosfat guanosin (GMP, GDP dan GTP: guanosine mono-, di- dan trifosfat, masing-masing) bermula dengan hidroksilasi bergantung pada NAD + cincin purin IMP, membentuk sebatian menengah xanthosine monophosphate (XMP). .
Reaksi ini dikatalisis oleh enzim yang dikenal sebagai IMP dehydrogenase, yang secara alosterik diatur oleh GMP.
Kumpulan amida kemudian dipindahkan ke XMP sehingga dihasilkan (reaksi bergantung glutamin dan ATP) melalui tindakan enzim XMP aminase, di mana molekul monofosfat guanosin atau GMP dihasilkan.
Oleh kerana nukleotida paling aktif adalah, secara umum, nukleotida trifosfat, ada enzim yang bertanggungjawab untuk pemindahan kumpulan fosfat ke molekul GMP yang dihasilkan dalam laluan yang baru saja dijelaskan.
Enzim ini adalah kinase bergantung ATP (kinases) khusus yang dikenali sebagai guanylate kinases dan nukleosida diphosphokinases.
Dalam tindak balas yang dikatalisis oleh guanylate cyclases, ATP bertindak sebagai penderma fosfat untuk penukaran GMP menjadi PDB dan ATP:
GMP + ATP → KDNK + ADP
Nukleotida difosfat guanin (PDB) kemudian digunakan sebagai substrat untuk difosfokinase nukleosida, yang juga menggunakan ATP sebagai penderma fosfat untuk penukaran GDP ke GTP:
KDNK + ATP → GTP + ADP
Sintesis dengan laluan lain
Terdapat banyak laluan metabolik sel yang mampu menghasilkan GTP selain daripada jalan biosintetik de novo. Ini biasanya dilakukan melalui pemindahan kumpulan fosfat, yang berasal dari sumber yang berbeza, ke arah pendahuluan GMP dan PDB.
ciri-ciri
GTP, sebagai nukleotida fosfat yang serupa dengan ATP, mempunyai banyak fungsi di peringkat sel:
-Menyertai pertumbuhan mikrotubulus, yang merupakan tabung berongga yang terdiri dari protein yang dikenal sebagai "tubulin" yang polimernya memiliki kemampuan untuk menghidrolisis GTP, yang penting untuk pemanjangan atau pertumbuhannya.
-Ia adalah faktor penting untuk protein G atau protein pengikat GTP, yang berfungsi sebagai mediator dalam pelbagai proses transduksi isyarat yang berkaitan, pada gilirannya, dengan AMP siklik dan lata isyaratnya.
Proses pemberian isyarat ini menghasilkan komunikasi sel dengan persekitarannya dan organel dalamannya satu sama lain, dan sangat penting untuk melaksanakan arahan yang dikodkan dalam hormon dan faktor penting lain pada mamalia.
Contoh jalur isyarat ini yang sangat penting bagi sel adalah pengawalan enzim adenylate cyclase melalui interaksinya dengan protein G.
ciri-ciri
GTP mempunyai banyak fungsi yang telah ditunjukkan melalui eksperimen in vitro dalam sistem "bebas sel". Dari eksperimen ini, dapat menunjukkan bahawa ia secara aktif mengambil bahagian dalam:
-Sintesis protein dalam eukariota (baik untuk permulaan dan pemanjangan peptida)
-Rangsangan glikosilasi protein
-Sintesis RNA ribosom pada prokariota dan eukariota
-Sintesis fosfolipid, terutamanya semasa sintesis diacylglycerol
Fungsi tertentu
Eksperimen lain, tetapi dalam sistem selular atau in vivo telah membuktikan penyertaan GTP dalam proses seperti:
-Penyatuan dan pengaktifan spora pelbagai kelas mikroorganisma, prokariota dan eukariota
-Sintesis RNA ribosom pada eukariota
-Antara yang lain.
Juga telah diusulkan bahawa kemajuan onkogenik dari sel normal ke sel kanser melibatkan kehilangan kawalan terhadap pertumbuhan sel dan percambahan, di mana banyak protein yang mengikat GTP dan protein kinase dengan aktiviti yang bergantung pada GTP tertentu turut serta.
GTP juga mempunyai kesan merangsang pada pengimportan protein ke dalam matriks mitokondria, yang secara langsung berkaitan dengan hidrolisisnya (lebih dari 90% protein mitokondria disintesis oleh ribosom di sitosol).
Rujukan
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologi Sel Penting. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokimia (edisi ke-3). San Francisco, California: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: Pengatur Pusat Anabolisme Selular. Dalam B. Horecker & E. Stadtman (Eds.), Topik Semasa dalam Peraturan Selular (Jilid 25, hlm. 183). Akademik Akhbar, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biokimia. Burlington, Massachusetts: Penerbit Neil Patterson.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). Hydrolysis GTP Penting untuk Import Protein ke Matriks Mitokondria. Jurnal Kimia Biologi, 273 (3), 1420–1424.