Các triphosphat guanosine hoặc guanosine triphosphate (GTP) là một trong nhiều nucleotide có khả năng lưu trữ phosphate năng lượng tự do dễ dàng có thể sử dụng cho nhiều chức năng sinh học.
Không giống như các nucleotide phosphate có liên quan khác, thường cung cấp năng lượng cần thiết để thực hiện nhiều quá trình trong các bối cảnh tế bào khác nhau, một số tác giả đã chỉ ra rằng các nucleotide như GTP, UTP (uridine triphosphate) và CTP (cytidine triphosphate) cung cấp năng lượng chủ yếu trong các quá trình đồng hóa.
Cấu trúc hóa học của Guanosine Triphosphate hoặc GTP (Nguồn: Cacycle, qua Wikimedia Commons)
Theo nghĩa này, Atkinson (1977) cho rằng GTP có các chức năng liên quan đến việc kích hoạt nhiều quá trình đồng hóa thông qua các cơ chế khác nhau, điều này đã được chứng minh trong cả hệ thống in vitro và in vivo.
Năng lượng chứa trong các liên kết của chúng, đặc biệt là giữa các nhóm photphat, được sử dụng để thúc đẩy một số quá trình tế bào liên quan đặc biệt là tổng hợp. Ví dụ về điều này là tổng hợp protein, sao chép DNA và phiên mã RNA, tổng hợp vi ống, v.v.
Kết cấu
Cũng đúng với các nucleotide adenine (ATP, ADP và AMP), GTP có ba yếu tố không thể chối cãi làm cấu trúc cơ bản của nó:
-Một vòng guanin dị vòng (purin)
- Đường cơ bản năm cacbon, ribose (vòng furan) và
-Ba nhóm photphat gắn liền
Nhóm photphat đầu tiên của GTP được gắn vào cacbon 5 'của đường ribose và phần dư guanin được gắn vào phân tử này thông qua cacbon 1' của vòng ribofuranose.
Theo thuật ngữ sinh hóa, phân tử này là guanosine 5'-triphosphate, được mô tả tốt hơn là một purine triphosphate hoặc, với tên hóa học của nó là 9-β-D-ribofuranosylguanine-5'-triphosphate.
Tổng hợp
GTP có thể được tổng hợp de novo ở nhiều sinh vật nhân chuẩn từ axit inosinic (inosine 5'-monophosphat, IMP), một trong những ribonucleotit được sử dụng để tổng hợp purin, là một trong hai loại bazơ nitơ trong đó DNA và các phân tử khác được tạo thành.
Hợp chất này, axit inosinic, là một nhánh quan trọng không chỉ để tổng hợp purin mà còn cho quá trình tổng hợp các nucleotide photphat ATP và GTP.
Quá trình tổng hợp nucleotide guanosine phosphate (tương ứng là GMP, GDP và GTP: guanosine mono-, di- và triphosphate) bắt đầu bằng quá trình hydroxyl hóa phụ thuộc NAD + của vòng purine IMP, tạo thành hợp chất trung gian xanthosine monophosphate (XMP). .
Phản ứng này được xúc tác bởi một loại enzym được gọi là IMP dehydrogenase, được điều chỉnh bởi GMP về mặt dị thể.
Một nhóm amit sau đó được chuyển đến XMP do đó được tạo ra (phản ứng phụ thuộc glutamine và ATP) thông qua tác động của enzym XMP aminase, nơi tạo ra một phân tử guanosine monophosphate hoặc GMP.
Vì các nucleotide hoạt động mạnh nhất, nói chung là các nucleotide triphosphat, nên có các enzym chịu trách nhiệm chuyển các nhóm phosphate thành các phân tử GMP được tạo ra trong lộ trình vừa mô tả.
Các enzym này là các kinase phụ thuộc ATP cụ thể (kinase) được gọi là guanylate kinase và nucleoside diphosphokinase.
Trong phản ứng được xúc tác bởi guanylate cyclases, ATP hoạt động như một nhà tài trợ phosphate để chuyển đổi GMP thành GDP và ATP:
GMP + ATP → GDP + ADP
Sau đó, nucleotide guanine diphosphate (GDP) được sử dụng làm chất nền cho nucleoside diphosphokinase, cũng sử dụng ATP làm chất cho phosphate để chuyển đổi GDP thành GTP:
GDP + ATP → GTP + ADP
Tổng hợp theo các tuyến đường khác
Có nhiều con đường trao đổi chất tế bào có khả năng tạo ra GTP khác với con đường sinh tổng hợp de novo. Những điều này thường thực hiện thông qua việc chuyển các nhóm phốt phát, đến từ các nguồn khác nhau, hướng tới tiền chất của GMP và GDP.
Đặc trưng
GTP, như một nucleotide phosphate tương tự như ATP, có vô số chức năng ở cấp độ tế bào:
- Tham gia vào sự phát triển của các vi ống, là những ống rỗng được cấu tạo từ một loại protein được gọi là “tubulin” mà các polyme của nó có khả năng thủy phân GTP, điều cần thiết cho sự kéo dài hoặc tăng trưởng của nó.
-Nó là một yếu tố cần thiết cho các protein G hoặc protein liên kết GTP, có chức năng như chất trung gian trong các quá trình truyền tín hiệu khác nhau có liên quan đến AMP vòng và các dòng tín hiệu của nó.
Các quá trình truyền tín hiệu này dẫn đến sự giao tiếp của tế bào với môi trường và các bào quan bên trong của nó với nhau, và đặc biệt quan trọng để thực hiện các chỉ dẫn được mã hóa trong hormone và các yếu tố quan trọng khác ở động vật có vú.
Một ví dụ về những con đường truyền tín hiệu có tầm quan trọng lớn đối với tế bào là sự điều hòa của enzyme adenylate cyclase thông qua sự tương tác của nó với protein G.
Đặc trưng
GTP có nhiều chức năng đã được chứng minh qua các thí nghiệm in vitro trong hệ thống "không có tế bào". Từ những thí nghiệm này, có thể chứng minh rằng nó tham gia tích cực vào:
-Tổng hợp protein ở sinh vật nhân thực (cả để bắt đầu và kéo dài các peptit)
-Kích thích quá trình glycosyl hóa protein
-Sự tổng hợp ARN ribôxôm ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực
-Tổng hợp phospholipid, đặc biệt là trong quá trình tổng hợp diacylglycerol
Một số chức năng
Các thí nghiệm khác, nhưng trong hệ thống tế bào hoặc in vivo đã chứng minh sự tham gia của GTP vào các quá trình như:
-Sản xuất và hoạt hóa bào tử của các lớp vi sinh vật, sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực
-Tổng hợp ARN ribôxôm ở sinh vật nhân thực
-Trong số khác.
Người ta cũng đề xuất rằng tiến trình gây ung thư từ tế bào bình thường thành tế bào ung thư liên quan đến việc mất kiểm soát đối với sự phát triển và tăng sinh của tế bào, trong đó nhiều protein liên kết GTP và protein kinase có hoạt động phụ thuộc GTP cụ thể tham gia.
GTP cũng có tác dụng kích thích nhập khẩu protein vào chất nền ty thể, liên quan trực tiếp đến quá trình thủy phân của nó (hơn 90% protein ty thể được tổng hợp bởi ribosome trong tế bào).
Người giới thiệu
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Sinh học Tế bào cần thiết. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Hóa sinh (xuất bản lần thứ 3). San Francisco, California: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: Bộ điều chỉnh trung tâm của quá trình đồng hóa tế bào. Trong B. Horecker & E. Stadtman (Eds.), Các chủ đề hiện tại trong Quy chế Tế bào (Tập 25, trang 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Hóa sinh. Burlington, Massachusetts: Nhà xuất bản Neil Patterson.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). Sự thủy phân GTP cần thiết cho việc nhập protein vào ma trận ty thể. Tạp chí Hóa học Sinh học, 273 (3), 1420–1424.