วงจรมาตรฐาน GMP , guanosine โมโนยังเป็นที่รู้จักโมโน guanosine วงจรหรือ guanosine ที่ 3 ของ', 5'-โมโนเป็นเบื่อหน่ายที่เกี่ยวข้องในกระบวนการต่าง ๆ นานาเซลล์วงจรโดยเฉพาะอย่างยิ่งการส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้องและการสื่อสารระหว่างเซลล์
มีการอธิบายเป็นครั้งแรกเมื่อกว่า 40 ปีที่แล้วไม่นานหลังจากการค้นพบแอมป์แบบแอนะล็อกแบบวัฏจักรซึ่งแตกต่างจากมันในแง่ของฐานไนโตรเจนเนื่องจากไม่ใช่นิวคลีโอไทด์ของกัวนีน แต่เป็นอะดีนีน
โครงสร้างทางเคมีของโมโนฟอสเฟตแบบวงกลม Guanosine หรือ GMP (ที่มา: en: ผู้ใช้: Diberri ผ่าน Wikimedia Commons)
เช่นเดียวกับนิวคลีโอไทด์ที่เป็นวัฏจักรอื่น ๆ เช่นแอมป์วงจรที่กล่าวมาข้างต้นหรือวงจร CTP (ไซคลิกไซติดีนโมโนฟอสเฟต) โครงสร้างของไซคลิกจีเอ็มพีจะชี้ขาดคุณสมบัติทางเคมีและกิจกรรมทางชีวภาพนอกเหนือจากการทำให้มีเสถียรภาพมากกว่าคู่ของมัน
นิวคลีโอไทด์นี้ผลิตโดยเอนไซม์ที่เรียกว่า guanylyl cyclase และมีความสามารถในการส่งสัญญาณของไคเนสโปรตีน GMP ที่ขึ้นกับวัฏจักรในลักษณะเดียวกับแอมป์แบบวงจร
ได้รับการอธิบายไม่เพียง แต่ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมซึ่งเป็นสัตว์ที่มีความซับซ้อนสูงเท่านั้น แต่ยังอยู่ในโปรคาริโอตที่ง่ายที่สุดรวมอยู่ในอาณาจักรของยูแบคทีเรียและอาร์เคีย การปรากฏตัวของมันในพืชยังคงเป็นเรื่องที่ถกเถียงกันอยู่ แต่หลักฐานบ่งชี้ว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ไม่มีอยู่
การก่อตัวและการย่อยสลาย
ความเข้มข้นภายในเซลล์ของนิวคลีโอไทด์แบบวัฏจักรกัวนีนเช่นเดียวกับอะดีนีนนั้นต่ำมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเทียบกับแอนะล็อกที่ไม่ใช่วงจรที่เป็นโมโนได - หรือไตรฟอสเฟต
อย่างไรก็ตามระดับของนิวคลีโอไทด์นี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยเฉพาะเมื่อมีสิ่งเร้าของฮอร์โมนบางอย่างและปัจจัยอื่น ๆ ที่ทำหน้าที่เป็นผู้ส่งสารหลัก
การเผาผลาญของ cyclic GMP บางส่วนเป็นอิสระจากการเผาผลาญของวงจร AMP และนิวคลีโอไทด์ที่คล้ายคลึงกันอื่น ๆ สิ่งนี้ผลิตจาก GTP โดยระบบเอนไซม์ที่เรียกว่า guanylyl cyclase หรือ guanylate cyclase ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ละลายน้ำได้บางส่วนในเนื้อเยื่อส่วนใหญ่
เอนไซม์กัวนีเลตไซโคลเลสมีหน้าที่ "ไซโคลไลเซชัน" ของหมู่ฟอสเฟตในตำแหน่ง 5 'ของกากน้ำตาล (ไรโบส) ทำให้เกิดการจับกันของฟอสเฟตเดียวกันกับกลุ่ม OH ที่แตกต่างกันสองกลุ่มในโมเลกุลเดียวกัน
เอนไซม์นี้มีมากในลำไส้เล็กและปอดของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและแหล่งที่มีการใช้งานมากที่สุดคือสเปิร์มของหอยเม่นชนิดหนึ่ง ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่ได้รับการศึกษาจะขึ้นอยู่กับไอออนแมงกานีสดิวาเลนต์ซึ่งแตกต่างจากอะดีไนเลตไซโคลซึ่งขึ้นอยู่กับแมกนีเซียมหรือสังกะสี
การย่อยสลายของ GMP แบบวัฏจักรเป็นสื่อกลางโดยวงจรนิวคลีโอไทด์ phosphodiesterases ซึ่งดูเหมือนจะไม่เฉพาะเจาะจงเนื่องจากมีการแสดงให้เห็นว่าเอนไซม์ชนิดเดียวกันสามารถใช้ทั้งแอมป์แบบวงจรและ GMP แบบวงจรเป็นสารตั้งต้นที่ย่อยสลายได้
กระบวนการทั้งสองการก่อตัวและการย่อยสลายได้รับการควบคุมอย่างรอบคอบภายในเซลล์
โครงสร้าง
โครงสร้างของไซคลิก GMP ไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากนิวคลีโอไทด์ของวงจรอื่น ๆ ตามชื่อของมัน (guanosine 3 ', 5'-monophosphate) มีหมู่ฟอสเฟตที่จับกับออกซิเจนที่คาร์บอนที่ตำแหน่ง 5' ของน้ำตาลไรโบส
กล่าวว่าน้ำตาลไรโบสนั้นเชื่อมโยงในเวลาเดียวกันกับฐานไนโตรเจนของวงแหวนเฮเทอโรไซคลิกกัวนีนโดยใช้พันธะไกลโคซิดิกกับคาร์บอนในตำแหน่ง 1 'ของไรโบส
หมู่ฟอสเฟตที่ติดอยู่กับอะตอมออกซิเจนที่ตำแหน่ง 5 'ของไรโบสจะถูกหลอมรวมผ่านพันธะฟอสโฟดิสเตอร์ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างหมู่ฟอสเฟตเดียวกันกับออกซิเจนของคาร์บอนที่ตำแหน่ง 3' ของไรโบส จึงกลายเป็นฟอสเฟต 3'-5'- "ทรานส์ผสม" (3'-5'- ฟอสเฟตผสมทรานส์)
การหลอมรวมของหมู่ฟอสเฟตหรือ "ไซโคลไลเซชัน" ทำให้ความแข็งแกร่งของโมเลกุลเพิ่มขึ้นเนื่องจากจะ จำกัด การหมุนอิสระของพันธะในวงแหวนฟูแรนของไรโบส
ตามที่เป็นจริงสำหรับแอมป์แบบวัฏจักรพันธะไกลโคซิดิกระหว่างวงแหวนกัวนีนกับไรโบสและอิสระในการหมุนเป็นพารามิเตอร์โครงสร้างที่สำคัญสำหรับการรับรู้เฉพาะของวงจร GMP
คุณสมบัติ
ซึ่งแตกต่างจากฟังก์ชั่นที่หลากหลายและแตกต่างกันมากที่นิวคลีโอไทด์แบบวงจรอะนาล็อกอื่น ๆ เช่นแอมป์วงจรมีฟังก์ชั่นของวงจร GMP จะมีข้อ จำกัด มากกว่าเล็กน้อย:
1- มีส่วนร่วมในกระบวนการส่งสัญญาณเพื่อตอบสนองต่อการกระตุ้นด้วยแสงของเม็ดสีที่มองเห็น ความเข้มข้นของมันถูกปรับเปลี่ยนเนื่องจากการกระตุ้นของโปรตีน G ที่รับรู้การกระตุ้นด้วยแสงและโต้ตอบกับฟอสโฟดิเอสเทอเรสแบบวัฏจักรที่ขึ้นกับ GMP
การเปลี่ยนแปลงระดับของนิวคลีโอไทด์นี้จะเปลี่ยนความสามารถในการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ตารูปแท่งเป็นโซเดียมไอออนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ ที่ยุติการส่งสิ่งกระตุ้นไปยังเส้นประสาทตา
2- มีหน้าที่ในการหดตัวของกล้ามเนื้อและวงจรการผ่อนคลายของกล้ามเนื้อเรียบเพื่อตอบสนองต่อไนตริกออกไซด์และสารประกอบทางเคมีอื่น ๆ ในธรรมชาติต่างๆ
3- การเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นเนื่องจากการตอบสนองต่อเปปไทด์ natriuretic เกี่ยวข้องกับการควบคุมการเคลื่อนที่ของโซเดียมและไอออนของน้ำผ่านเยื่อหุ้มเซลล์
4- ในสิ่งมีชีวิตบางชนิด cyclic GMP สามารถแข่งขันกับวงจร AMP สำหรับวงจรนิวคลีโอไทด์ฟอสโฟดิเอสเตอเรสและการเพิ่ม GMP แบบวัฏจักรสามารถช่วยเพิ่มความเข้มข้นของแอมป์แบบวงจรโดยการลดการย่อยสลาย
5-Bacteria เช่น E. coli เพิ่มระดับของ cyclic GMP เมื่อสัมผัสกับสารดึงดูดคีโมซึ่งแสดงว่านิวคลีโอไทด์นี้มีส่วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการส่งสัญญาณเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าทางเคมีเหล่านี้
6- ได้รับการพิจารณาแล้วว่า cyclic GMP ยังมีผลกระทบที่สำคัญในกระบวนการขยายหลอดเลือดและการแข็งตัวของอวัยวะในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
ช่องไอออนประตู 7 ช่อง (แคลเซียมและโซเดียม) ถูกควบคุมโดยแกนด์ภายในเซลล์ที่ใช้วงจร GMP โดยเฉพาะ
อ้างอิง
- บอทส์ฟอร์ด JL (1981) ไซคลิกนิวคลีโอไทด์ในโปรคาริโอต Microbiological Reviews, 45 (4), 620–642
- Garrett, R. , & Grisham, C. (2010). ชีวเคมี (ฉบับที่ 4) บอสตันสหรัฐอเมริกา: Brooks / Cole CENGAGE การเรียนรู้
- Hardman, J. , Robison, A. , & Sutherland, E. (1971). ไซคลิกนิวคลีโอไทด์. Annual Reviews in Physiology, 33, 311–336
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger หลักการทางชีวเคมี Omega Editions (ฉบับที่ 5)
- Newton, RP, & Smith, CJ (2004). ไซคลิกนิวคลีโอไทด์. ไฟโตเคมี, 65, 2423-2437