Il guanina È una base azotata che serve per la biosintesi del guanilato 5'-monofosfato e del deossiguanilato 5'-monofosfato. Entrambe le sostanze fanno parte, rispettivamente, dell'RNA e del DNA, che immagazzinano le informazioni genetiche delle cellule.
L'acido ribonucleico (RNA) e l'acido desossiribonucleico (DNA) sono costituiti da nucleotidi, che sono costituiti da una base azotata attaccata a uno zucchero e un gruppo fosfato.
La guanina, oltre a far parte degli acidi nucleici, nelle sue forme di nucleosidi monofosfato, difosfato e trifosfato (GMP, GDP e GTP) partecipa a processi quali il metabolismo energetico, la traduzione del segnale intracellulare, la fisiologia dei fotorecettori e la fusione delle vescicole.
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La struttura chimica della guanina (2-ammino-6-idrossipurina) è un anello purinico eterociclico, costituito da un sistema di due anelli collegati: un anello è pirimidina e l'altro anello è imidazolo..
L'anello eterociclico della guanina è piatto e con alcuni doppi legami coniugati. Inoltre, ha due forme tautomeriche, le forme cheto ed enol, tra i gruppi C-1 e N-6..
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 o basi forti.
- Può essere isolato come solido bianco, con formula empirica C5H5N5O e peso molecolare 151,3 g / mol.
- La proprietà del DNA di assorbire la luce a 260 nm è dovuta, in parte, alla struttura chimica della guanina.
- Nel DNA, la guanina forma tre legami idrogeno. Il gruppo carbonile C-6 è un accettore di legami idrogeno, il gruppo N-1 e il gruppo amminico C-2 sono donatori di legami idrogeno.
Per questo motivo, ci vuole 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 legata solo da due legami idrogeno..
- Nella cellula si trova sempre come parte degli acidi nucleici o come GMP, GDP e GTP, mai nella sua forma libera.
La molecola di guanina, come altre purine, viene sintetizzata de novo da 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP), attraverso reazioni catalizzate da enzimi.
La prima fase consiste nell'aggiunta di un gruppo amminico, dalla glutammina, al PRPP e si forma la 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, l'energia libera viene utilizzata dall'idrolisi dell'ATP (adenosina 5'-trifosfato), che produce ADP (adenosina 5'-difosfato) e Pi (fosfato inorganico)..
Un'ossidazione dell'IMP dipende dal NAD+ (nicotinamide adenina dinucleotide), produce xantina 5'-monofosfato (XMP). La successiva aggiunta di un gruppo amminico a 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 entrambe le fasi.
Durante la degradazione metabolica dei nucleotidi, le basi azotate vengono riciclate. Il GMP è formato dall'enzima ipoxantina-guanina fosforibosiltransferasi, trasferendo un gruppo fosribosilico dal PRPP alla guanina.
Poiché la guanina non si trova nella sua forma libera, le sue funzioni sono associate a GMP, GDP e GTP. Alcuni di loro sono menzionati di seguito:
- La guanosina 5'-trifosfato (GTP) funge da serbatoio di energia libera. Il gruppo fosfato gamma di GTP può essere trasferito all'adenosina 5'-trifosfato (ADP), per formare ATP. Questa reazione è reversibile ed è catalizzata dalla chinasi nucleosidica difosfato..
- GMP è la forma più stabile del nucleotide che contiene guanina. Attraverso l'idrolisi, GMP forma GMP ciclico (cGMP), che è un secondo messaggero durante la segnalazione intracellulare, nelle vie di traduzione. Ad esempio, nelle cellule dell'olfatto dei fotorecettori e dei chemiorecettori.
- Il CGMP partecipa al rilassamento dei vasi sanguigni della muscolatura liscia durante la biosintesi dell'ossido nitrico nelle cellule endoteliali.
- L'idrolisi gamma fosfato GTP funge da fonte di energia gratuita per la biosintesi delle proteine nei ribosomi.
- Gli enzimi Hellicase richiedono energia libera dall'idrolisi del GTP per separare la doppia elica del DNA, durante la replicazione e la trascrizione del DNA.
- Nei neuroni dell'ippocampo, l'azione dei canali del sodio voltaggio-dipendenti è regolata dall'idrolisi del GTP in GDP..
Alti livelli di acido urico nel sangue e nelle urine sono stati associati a tre diversi difetti metabolici, che vedremo di seguito..
È caratterizzato da un deficit di HPRT (ipoxantina-guanina fosforibosil transferasi), un enzima importante per il riciclaggio di ipoxantina e guanina. In questo caso, i livelli di PRPP aumentano e IMP e GMP, due importanti regolatori dello stadio iniziale della sintesi delle purine, non si formano. Tutto ciò favorisce la biosintesi de novo di purine.
Ciò produce un aumento dei livelli di PRPP. Questo metabolita agisce come attivatore della glutammina PRPP-amidotransferasi, responsabile della sintesi della 5-fosforibosilammina, aumentando la biosintesi de novo purine.
È una malattia correlata all'accumulo di 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, tramite 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 di purine.
L'aumento dell'acido urico nel sangue e nelle urine causa sintomi comunemente noti come gotta. Nel caso della sindrome di Lesch Nyhan, i pazienti mancano completamente dell'attività dell'enzima HPRP, portando alla manifestazione di altri sintomi tra cui paralisi e ritardo mentale..
Il gene HPRP si trova sul cromosoma X. Pertanto, le mutazioni in questo gene colpiscono i maschi. Non esiste un trattamento per trattare i problemi neurologici. I sintomi associati all'aumento dell'acido urico sono trattati con allopurinolo.
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