Il guanosina trifosfato o guanosina trifosfato (GTP) è uno dei tanti nucleotidi in grado di immagazzinare energia libera da fosfato prontamente utilizzabile per molteplici funzioni biologiche.
A differenza di altri nucleotidi fosfatici correlati, che di solito forniscono l'energia necessaria per eseguire un'ampia varietà di processi in diversi contesti cellulari, alcuni autori hanno dimostrato che nucleotidi come GTP, UTP (uridina trifosfato) e CTP (citidina trifosfato) forniscono energia principalmente in processi anabolici.
Struttura chimica di guanosina trifosfato o GTP (Fonte: Cacycle, tramite Wikimedia Commons)
In questo senso, Atkinson (1977) suggerisce che GTP ha funzioni che implicano l'attivazione di molti processi anabolici attraverso diversi meccanismi, che è stato dimostrato sia in sistemi in vitro che in vivo.
L'energia contenuta nei suoi legami, soprattutto tra i gruppi fosfato, viene utilizzata per guidare alcuni processi cellulari coinvolti soprattutto nella sintesi. Esempi di ciò sono la sintesi proteica, la replicazione del DNA e la trascrizione dell'RNA, la sintesi dei microtubuli, ecc.
Struttura
Come è vero per i nucleotidi dell'adenina (ATP, ADP e AMP), GTP ha tre elementi indiscutibili come struttura di base:
-Un anello di guanina eterociclico (purina)
-Uno zucchero di base a cinque atomi di carbonio, ribosio (anello di furano) e
-Tre gruppi fosfato allegati
Il primo gruppo fosfato di GTP è attaccato al carbonio 5 'dello zucchero ribosio e il residuo di guanina è attaccato a questa molecola attraverso il carbonio 1' dell'anello ribofuranosio.
In termini biochimici, questa molecola è una guanosina 5'-trifosfato, meglio descritta come una purina trifosfato o, con il suo nome chimico, 9-β-D-ribofuranosilguanina-5'-trifosfato.
Sintesi
GTP può essere sintetizzato de novo in molti eucarioti dall'acido inosinico (inosina 5'-monofosfato, IMP), uno dei ribonucleotidi utilizzati per la sintesi delle purine, che sono uno dei due tipi di basi azotate di cui Il DNA e altre molecole sono costituite.
Questo composto, l'acido inosinico, è un importante punto di diramazione non solo per la sintesi delle purine, ma anche per la sintesi dei nucleotidi fosfato ATP e GTP.
La sintesi dei nucleotidi guanosina fosfato (GMP, GDP e GTP: guanosina mono-, di- e trifosfato, rispettivamente) inizia con l'idrossilazione dipendente dal NAD + dell'anello purinico di IMP, formando il composto intermedio xantosina monofosfato (XMP). .
Questa reazione è catalizzata da un enzima noto come IMP deidrogenasi, che è regolato allostericamente da GMP.
Un gruppo ammidico viene quindi trasferito all'XMP così prodotto (glutammina e reazione dipendente dall'ATP) attraverso l'azione dell'enzima XMP aminasi, dove viene prodotta una molecola di guanosina monofosfato o GMP.
Poiché i nucleotidi più attivi sono, in generale, i nucleotidi trifosfato, vi sono enzimi responsabili del trasferimento dei gruppi fosfato alle molecole GMP che vengono generati nel percorso appena descritto.
Questi enzimi sono chinasi (chinasi) dipendenti da ATP specifiche note come chinasi guanilate e difosfochinasi nucleosidiche.
Nella reazione catalizzata dalle guanilato ciclasi, l'ATP funge da donatore di fosfato per la conversione di GMP in GDP e ATP:
GMP + ATP → PIL + ADP
Il nucleotide di guanina difosfato (GDP) viene successivamente utilizzato come substrato per una difosfochinasi nucleosidica, che utilizza anche l'ATP come donatore di fosfato per la conversione del PIL in GTP:
PIL + ATP → GTP + ADP
Sintesi per altre vie
Esistono molte vie metaboliche cellulari in grado di produrre GTP oltre alla via biosintetica de novo. Questi di solito lo fanno attraverso il trasferimento di gruppi fosfato, provenienti da fonti diverse, verso i precursori GMP e GDP.
Caratteristiche
Il GTP, come fosfato nucleotidico analogo all'ATP, ha innumerevoli funzioni a livello cellulare:
-Partecipa alla crescita dei microtubuli, che sono tubi cavi composti da una proteina nota come “tubulina” i cui polimeri hanno la capacità di idrolizzare GTP, che è essenziale per il suo allungamento o crescita.
-È un fattore essenziale per proteine G o proteine leganti GTP, che funzionano come mediatori in vari processi di trasduzione del segnale che sono correlati, a loro volta, all'AMP ciclico e alle sue cascate di segnalazione.
Questi processi di segnalazione determinano la comunicazione della cellula con il suo ambiente e tra i suoi organelli interni e sono particolarmente importanti per eseguire le istruzioni codificate negli ormoni e altri fattori importanti nei mammiferi.
Un esempio di queste vie di segnalazione di grande importanza per la cellula è la regolazione dell'enzima adenilato ciclasi attraverso la sua interazione con una proteina G.
Caratteristiche
GTP ha molte funzioni che sono state dimostrate attraverso esperimenti in vitro in sistemi "cell-free". Da questi esperimenti è stato possibile dimostrare che partecipa attivamente a:
-Sintesi di proteine negli eucarioti (sia per l'inizio che per l'allungamento dei peptidi)
-Stimolazione della glicosilazione proteica
-La sintesi dell'RNA ribosomiale nei procarioti e negli eucarioti
-La sintesi dei fosfolipidi, in particolare durante la sintesi del diacilglicerolo
Alcune funzioni
Altri esperimenti, ma in sistemi cellulari o in vivo, hanno dimostrato la partecipazione di GTP a processi come:
-Sporulazione e attivazione delle spore di diverse classi di microrganismi, procarioti ed eucarioti
-Sintesi dell'RNA ribosomiale negli eucarioti
-Tra l'altro.
È stato anche proposto che il progresso oncogenico da cellule normali a cellule cancerose comporta la perdita di controllo sulla crescita e proliferazione cellulare, a cui partecipano molte proteine leganti GTP e protein chinasi con attività GTP-dipendente specifica.
Il GTP ha anche effetti stimolanti sull'importazione di proteine nella matrice mitocondriale, che è direttamente correlata alla sua idrolisi (più del 90% delle proteine mitocondriali sono sintetizzate dai ribosomi nel citosol).
Riferimenti
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