Guanina: caratteristiche, struttura, allenamento e funzioni

La guanina è una base azotata utilizzata per la biosintesi del 5'-monofosfato di guanilato e deoxyguanilato 5'-monofosfato. Entrambe le sostanze sono parte, rispettivamente, di RNA e DNA, che memorizzano le informazioni genetiche delle cellule.

L'acido ribonucleico (RNA) e l'acido desossiribonucleico (DNA) sono formati da nucleotidi, costituiti da una base azotata legata a uno zucchero ea un gruppo fosfato.

Oltre ad essere parte di acidi nucleici, la guanina, nelle sue forme di nucleoside monofosfato, difosfato e trifosfato (GMP, GDP e GTP) partecipa a processi come il metabolismo energetico, la traduzione del segnale intracellulare, la fisiologia dei fotorecettori e la fusione di vescicole.

Struttura chimica

La struttura chimica della guanina (2-ammino-6-idrossipropina) è un anello purinico eterociclico, che consiste in un sistema di due anelli uniti: un anello è pirimidina e l'altro anello è imidazolo.

L'anello eterociclico di guanina è piatto e con alcuni doppi legami coniugati. Inoltre, ha due forme tautomeriche, le forme keto ed enol, tra i gruppi C-1 e N-6.

lineamenti

Le caratteristiche della guanina sono le seguenti:

- La guanina è una sostanza apolare. È insolubile in acqua, ma è solubile in soluzioni concentrate di acidi forti o basi.

- Può essere isolato come solido bianco, con formula empirica C ₅ H ₅ N ₅ O e peso molecolare 151, 3 g / mol.

- La proprietà di assorbire la luce a 260 nm di DNA è dovuta, in parte, alla struttura chimica della guanina.

- Nel DNA, la guanina forma tre legami idrogeno. Il gruppo carbonilico C-6 è un accettore di legame idrogeno, il gruppo N-1 e il gruppo amminico di C-2 sono donatori di legame idrogeno.

Per questo motivo, è necessaria più energia per rompere un legame tra una guanina e una citosina, rispetto a quella di un'adenina con una timina, poiché quest'ultima coppia è collegata solo da due legami idrogeno.

- Nella cellula, è sempre parte degli acidi nucleici o come GMP, GDP e GTP, mai nella sua forma libera.

biosintesi

La molecola di guanina, come altre purine, è sintetizzata de novo da 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP), attraverso reazioni catalizzate da enzimi.

Il primo passo è l'aggiunta di un gruppo amminico, dalla glutammina, a PRPP e 5-fosforibosilammina (PRA).

Successivamente, in una sequenza ordinata, si verifica l'aggiunta di glicina, aspartato, glutammina, formiato e anidride carbonica al PRA. In questo modo si forma un metabolita intermedio chiamato inosina 5'-monofosfato (IMP).

Durante questo processo, viene utilizzata l'energia libera dell'idrolisi dell'ATP (adenosina 5'-trifosfato), che produce ADP (adenosina 5'-difosfato) e Pi (fosfato inorganico).

L'ossidazione dell'IMP dipende dal NAD + (nicotinammide dinucleotide e adenina), produce xantina 5'-monofosfato (XMP). La successiva aggiunta di un gruppo amminico all'XMP produce la molecola di guanilato.

La regolazione della biosintesi del guanilato avviene all'inizio, quando si forma il PRA e alla fine, quando si verifica l'ossidazione dell'IMP. La regolazione avviene tramite feedback negativo: un nucleotide GMP inibisce gli enzimi in entrambi gli stadi.

Durante la degradazione metabolica dei nucleotidi, le basi azotate vengono riciclate. La GMP è formata dall'enzima ipoxantina-guanina fosforibosiltransferasi, trasferendo un gruppo fosribosilico dal PRPP alla guanina.

funzione

Poiché la guanina non si trova nella sua forma libera, le sue funzioni sono associate a GMP, GDP e GTP. Ecco alcuni di loro:

- La guanosina 5'-trifosfato (GTP) funge da riserva di energia libera. Il gruppo gamma fosfato di GTP può essere trasferito ad adenosina 5'-trifosfato (ADP), per formare ATP. Questa reazione è reversibile ed è catalizzata dalla nucleoside difosfato chinasi.

- GMP è la forma più stabile del nucleotide che contiene guanina. Per idrolisi, GMP forma GMP ciclico (cGMP), che è un secondo messaggero durante la segnalazione intracellulare, nei percorsi di traduzione. Ad esempio, nelle cellule dell'odore dei fotorecettori e dei chemorecettori.

- cGMP partecipa al rilassamento dei vasi sanguigni della muscolatura liscia, durante la biosintesi dell'ossido nitrico nelle cellule endoteliali.

- L'idrolisi del fosfato GTP gamma funge da fonte di energia libera per la biosintesi delle proteine ​​nei ribosomi.

- Gli enzimi helicases necessitano dell'energia libera dell'idrolisi GTP per separare la doppia elica del DNA, durante la replicazione e la trascrizione del DNA.

- Nei neuroni ippocampali, l'azione dei canali del sodio voltaggio-dipendenti è regolata dall'idrolisi del GTP al PIL.

Malattie correlate

Gli alti livelli di acido urico nel sangue e nelle urine sono stati associati a tre diversi difetti metabolici, che vedremo di seguito.

Sindrome di Lesch-Nyhan

È caratterizzato dalla carenza di HPRT (ipoxantina-guanina fosforibosiltransferasi), un importante enzima per il riciclo di ipoxantina e guanina. In questo caso, aumenta i livelli di PRPP e non forma IMP e GMP, due importanti regolatori dello stadio iniziale della sintesi delle purine. Tutto ciò favorisce la biosintesi de novo delle purine.

L'attività della PRPP sintasi è aumentata

Questo produce un aumento dei livelli di PRPP. Questo metabolita agisce come attivatore della glutammina PRPP-amidotransferasi, che è responsabile della sintesi della 5-fosforibosilamina, aumentando la biosintesi de novo delle purine.

Sindrome di Von Gierke

È una malattia correlata alla conservazione del glicogeno di tipo I. I pazienti con questa sindrome hanno una glucosio 6-fosfatasi difettosa. Questo produce un aumento dei livelli di glucosio 6-fosfato, che serve per la sintesi del ribosio 5-fosfato, attraverso il pentoso fosfato.

Il ribosio 5-fosfato è il metabolita di partenza per la biosintesi del PRPP. Simile ai due casi precedenti, questo porta ad un aumento della biosintesi de novo delle purine.

L'aumento di acido urico nel sangue e nelle urine causa sintomi comunemente noti come gotta. Nel caso della sindrome di Lesch Nyhan, i pazienti non hanno completamente l'attività dell'enzima HPRP, che porta alla manifestazione di altri sintomi che includono la paralisi e il ritardo mentale.

Il gene HPRP si trova sul cromosoma X. Pertanto, le mutazioni in questo gene interessano i maschi. Non esiste un trattamento per trattare i problemi neurologici. I sintomi associati ad un aumento dell'acido urico sono trattati con allopurinolo.