ลักษณะ GUANINE โครงสร้างการก่อตัวและหน้าที่ - ชีววิทยา - 2026

guanineเป็นฐานไนโตรเจนซึ่งให้บริการสำหรับการสังเคราะห์ของ guanylate โมโนและ 5'-5'-โมโน deoxiguanilato สารทั้งสองเป็นส่วนหนึ่งตามลำดับของ RNA และ DNA ซึ่งเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมของเซลล์

กรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) และกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ซึ่งประกอบด้วยฐานไนโตรเจนที่ยึดติดกับน้ำตาลและกลุ่มฟอสเฟต

ที่มา: NEUROtiker

Guanine นอกเหนือจากการเป็นส่วนหนึ่งของกรดนิวคลีอิกในรูปของนิวคลีโอไซด์โมโนฟอสเฟตไดฟอสเฟตและไตรฟอสเฟต (GMP, GDP และ GTP) ยังมีส่วนร่วมในกระบวนการต่างๆเช่นการเผาผลาญพลังงานการแปลสัญญาณภายในเซลล์สรีรวิทยาของเซลล์รับแสง และเวซิเคิลฟิวชั่น

โครงสร้างทางเคมี

โครงสร้างทางเคมีของ guanine (2-amino-6-hydroxypurine) เป็นแหวน heterocyclic purine ซึ่งประกอบด้วยระบบของวงแหวนสองวงที่เชื่อมโยงกันวงแหวนหนึ่งคือ pyrimidine และอีกวงแหวนคือ imidazole

วงแหวนเฮเทอโรไซคลิกของ Guanine แบนด้วยพันธะคู่ที่เชื่อมต่อกัน นอกจากนี้ยังมีรูปแบบ tautomeric สองรูปแบบคือรูปแบบคีโตและรูปแบบ enol ระหว่างกลุ่ม C-1 และ N-6

ลักษณะเฉพาะ

ลักษณะของ guanine มีดังนี้:

- Guanine เป็นสารอะโพลาร์ ไม่ละลายในน้ำ แต่ละลายได้ในสารละลายเข้มข้นของกรดแก่หรือเบสแก่

- สามารถแยกได้ว่าเป็นของแข็งสีขาวโดยมีสูตรเชิงประจักษ์ C ₅ H ₅ N ₅ O และน้ำหนักโมเลกุล 151.3 g / mol

- คุณสมบัติของ DNA ในการดูดซับแสงที่ 260 นาโนเมตรนั้นส่วนหนึ่งมาจากโครงสร้างทางเคมีของกัวนีน

- ในดีเอ็นเอ guanine สร้างพันธะไฮโดรเจนสามพันธะ กลุ่ม C-6 คาร์บอนิลเป็นตัวรับพันธะไฮโดรเจนกลุ่ม N-1 และกลุ่มอะมิโน C-2 เป็นผู้บริจาคพันธะไฮโดรเจน

ด้วยเหตุนี้จึงต้องใช้พลังงานมากกว่าในการทำลายพันธะระหว่างกัวนีนและไซโตซีนมากกว่าอะดีนีนที่มีไทมีนเนื่องจากคู่หลังเชื่อมโยงกันด้วยพันธะไฮโดรเจนเพียงสองพันธะ

- ในเซลล์มักพบว่าเป็นส่วนหนึ่งของกรดนิวคลีอิกหรือเป็น GMP, GDP และ GTP ไม่เคยอยู่ในรูปอิสระ

การสังเคราะห์

โมเลกุลของ guanine เช่นเดียวกับพิวรีนอื่น ๆ ถูกสังเคราะห์ขึ้นจาก 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP) ผ่านปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์

ขั้นตอนแรกประกอบด้วยการเพิ่มกลุ่มอะมิโนจากกลูตามีนไปยัง PRPP และ 5-phosphoribosilamine (PRA) จะเกิดขึ้น

ต่อจากนั้นตามลำดับจะมีการเพิ่มไกลซีน, แอสพาเทต, กลูตามีน, ฟอร์เมตและคาร์บอนไดออกไซด์ลงใน PRA ด้วยวิธีนี้จะเกิดสารเมตาบอไลต์ระดับกลางที่เรียกว่า inosine 5'-monophosphate (IMP)

ในระหว่างกระบวนการนี้พลังงานอิสระจะถูกใช้จากการไฮโดรไลซิสของ ATP (adenosine 5'-triphosphate) ซึ่งสร้าง ADP (adenosine 5'-diphosphate) และ Pi (อนินทรีย์ฟอสเฟต)

การออกซิเดชั่นของ IMP ขึ้นอยู่กับ NAD ⁺ (nicotinamide adenine dinucleotide) ซึ่งผลิต xanthine 5'-monophosphate (XMP) การเพิ่มกลุ่มอะมิโนใน XMP ในภายหลังจะทำให้เกิดโมเลกุลของ guanylate

กฎข้อบังคับของการสังเคราะห์ทางชีวภาพของ guanylate เกิดขึ้นที่จุดเริ่มต้นเมื่อมีการสร้าง PRA และในตอนท้ายเมื่อเกิดการออกซิเดชันของ IMP การควบคุมเกิดขึ้นจากข้อเสนอแนะเชิงลบ: นิวคลีโอไทด์ GMP ยับยั้งเอนไซม์ในทั้งสองขั้นตอน

ในระหว่างการย่อยสลายของนิวคลีโอไทด์เมตาบอลิซึมฐานไนโตรเจนจะถูกรีไซเคิล GMP เกิดจากเอนไซม์ hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase ซึ่งถ่ายโอนกลุ่ม phosribosyl จาก PRPP ไปยัง guanine

ฟังก์ชัน

เนื่องจากไม่พบ guanine ในรูปแบบอิสระหน้าที่ของมันจึงเกี่ยวข้องกับ GMP, GDP และ GTP บางส่วนมีการกล่าวถึงด้านล่าง:

- Guanosine 5'-triphosphate (GTP) ทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บพลังงานฟรี กลุ่มแกมมาฟอสเฟตของ GTP สามารถถ่ายโอนไปยังอะดีโนซีน 5'-triphosphate (ADP) เพื่อสร้าง ATP ปฏิกิริยานี้ย้อนกลับได้และเร่งปฏิกิริยาโดยนิวคลีโอไซด์ไดฟอสเฟตไคเนส

- GMP เป็นรูปแบบที่เสถียรที่สุดของนิวคลีโอไทด์ที่มีกัวนีน ผ่านการไฮโดรไลซิส GMP จะสร้างวงจร GMP (cGMP) ซึ่งเป็นผู้ส่งสารตัวที่สองระหว่างการส่งสัญญาณภายในเซลล์ในเส้นทางการแปล ตัวอย่างเช่นในเซลล์รับแสงและเซลล์รับกลิ่น

- cGMP มีส่วนร่วมในการผ่อนคลายหลอดเลือดของกล้ามเนื้อเรียบในระหว่างการสังเคราะห์ทางชีวภาพของไนตริกออกไซด์ในเซลล์ของเยื่อบุผนังหลอดเลือด

- ไฮโดรไลซิสของแกมมาฟอสเฟต GTP ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานอิสระสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนในไรโบโซม

- เอนไซม์ Helicase ต้องการพลังงานอิสระจากการไฮโดรไลซิส GTP เพื่อแยก DNA เกลียวคู่ระหว่างการจำลองแบบและการถอดดีเอ็นเอ

- ในเซลล์ประสาทของฮิปโปแคมปัสการกระทำของช่องโซเดียมที่มีแรงดันไฟฟ้าถูกควบคุมโดยการไฮโดรไลซิสของ GTP ต่อ GDP

โรคที่เกี่ยวข้อง

ระดับกรดยูริกในเลือดและปัสสาวะที่สูงมีความสัมพันธ์กับข้อบกพร่องในการเผาผลาญที่แตกต่างกันสามประการซึ่งเราจะดูด้านล่าง

โรค Lesch-Nyhan

มีลักษณะการขาด HPRT (hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase) ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สำคัญสำหรับการรีไซเคิลไฮพอกแซนไทน์และกัวนีน ในกรณีนี้ระดับ PRPP จะเพิ่มขึ้นและ IMP และ GMP ซึ่งเป็นตัวควบคุมที่สำคัญสองตัวของการสังเคราะห์พิวรีนในระยะเริ่มต้นจะไม่เกิดขึ้น ทั้งหมดนี้สนับสนุนการสังเคราะห์พิวรีนทางชีวภาพของเดอโนโว

เพิ่มกิจกรรมการสังเคราะห์ PRPP

สิ่งนี้ทำให้ระดับ PRPP เพิ่มขึ้น เมตาบอไลต์นี้ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นของกลูตามีน PRPP-อะมิโดทรานเฟอเรสซึ่งมีหน้าที่ในการสังเคราะห์ 5-phosphoribosylamine เพิ่มการสังเคราะห์ทางชีวภาพของพิวรีน de novo

Von Gierke syndrome

เป็นโรคที่เกี่ยวกับการจัดเก็บไกลโคเจนประเภทที่ 1 ผู้ป่วยกลุ่มอาการนี้จะมีกลูโคส 6-phosphatase บกพร่อง สิ่งนี้ก่อให้เกิดการเพิ่มขึ้นของระดับกลูโคส 6 - ฟอสเฟตซึ่งทำหน้าที่ในการสังเคราะห์ไรโบส 5 - ฟอสเฟตผ่านเพนโตสฟอสเฟต

Ribose 5-phosphate เป็นสารเริ่มต้นสำหรับการสังเคราะห์ PRPP เช่นเดียวกับสองกรณีก่อนหน้านี้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของการสังเคราะห์พิวรีนทางชีวภาพของ de novo

กรดยูริกในเลือดและปัสสาวะที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดอาการที่เรียกกันทั่วไปว่าโรคเกาต์ ในกรณีของกลุ่มอาการ Lesch Nyhan ผู้ป่วยขาดการทำงานของเอนไซม์ HPRP โดยสิ้นเชิงซึ่งนำไปสู่การแสดงอาการอื่น ๆ รวมทั้งอัมพาตและภาวะปัญญาอ่อน

ยีน HPRP อยู่บนโครโมโซม X ดังนั้นการกลายพันธุ์ในยีนนี้จึงส่งผลต่อเพศชาย ไม่มีการรักษาเพื่อรักษาปัญหาทางระบบประสาท อาการที่เกี่ยวข้องกับกรดยูริกที่เพิ่มขึ้นได้รับการรักษาด้วย allopurinol

อ้างอิง

1. Dawson, R. et al. 2529. ข้อมูลสำหรับการวิจัยทางชีวเคมี. Clarendon Press, Oxford
2. ฮอร์ตัน, R; โมแรน, L; Scrimgeour, G; Perry, M. และ Rawn, D. 2008. หลักชีวเคมี. พิมพ์ครั้งที่ 4. การศึกษาของเพียร์สัน.
3. Mathews, Van Holde, Ahern 2544. ชีวเคมี. พิมพ์ครั้งที่ 3.
4. เมอร์เรย์, R; แกรนเนอร์, D; Mayes, P. และ Rodwell, V. 2003. ชีวเคมีภาพประกอบของฮาร์เปอร์ พิมพ์ครั้งที่ 26. บริษัท McGraw-Hill
5. Nelson, DL และ Cox, M. 1994. Lehninger. หลักการทางชีวเคมี พิมพ์ครั้งที่ 4. เอ็ดโอเมก้า
6. Sigma-Aldrich 2019. เอกสารสารเคมี Guanine. ที่อยู่ Word Wide Web: sigmaaldrich.com