triphosphate guanosineหรือ guanosine triphosphate (ฉี่) เป็นหนึ่งในนิวคลีโอหลายคนที่มีความสามารถในการจัดเก็บฟอสเฟตพลังงานพร้อมใช้งานได้สำหรับการทำงานทางชีวภาพหลาย
ซึ่งแตกต่างจากนิวคลีโอไทด์ฟอสเฟตอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องซึ่งโดยปกติจะให้พลังงานที่จำเป็นในการดำเนินกระบวนการที่หลากหลายในบริบทของเซลล์ที่แตกต่างกันผู้เขียนบางคนได้แสดงให้เห็นว่านิวคลีโอไทด์เช่น GTP, UTP (uridine triphosphate) และ CTP (cytidine triphosphate) ให้พลังงานเป็นหลัก กระบวนการ anabolic
โครงสร้างทางเคมีของ Guanosine Triphosphate หรือ GTP (ที่มา: Cacycle, Wikimedia Commons)
ในแง่นี้ Atkinson (1977) ชี้ให้เห็นว่า GTP มีฟังก์ชั่นที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นกระบวนการ anabolic หลายอย่างผ่านกลไกต่าง ๆ ซึ่งแสดงให้เห็นทั้งในระบบหลอดทดลองและในร่างกาย
พลังงานที่มีอยู่ในพันธะโดยเฉพาะระหว่างหมู่ฟอสเฟตถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนกระบวนการของเซลล์บางอย่างที่เกี่ยวข้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสังเคราะห์ ตัวอย่างของสิ่งนี้ ได้แก่ การสังเคราะห์โปรตีนการจำลองแบบดีเอ็นเอและการถอดความ RNA การสังเคราะห์ไมโครทูบูลเป็นต้น
โครงสร้าง
ตามที่เป็นจริงสำหรับ adenine nucleotides (ATP, ADP และ AMP) GTP มีองค์ประกอบที่เถียงไม่ได้สามอย่างเป็นโครงสร้างพื้นฐาน:
- แหวน guanine heterocyclic (พิวรีน)
- น้ำตาลฐานห้าคาร์บอนไรโบส (วงแหวนฟูแรน) และ
- สามกลุ่มฟอสเฟตที่แนบมา
กลุ่มฟอสเฟตแรกของ GTP ถูกยึดติดกับคาร์บอน 5 'ของน้ำตาลไรโบสและกากกัวนีนติดอยู่กับโมเลกุลนี้ผ่านคาร์บอน 1' ของวงแหวนไรโบฟูราโนส
ในแง่ทางชีวเคมีโมเลกุลนี้คือ guanosine 5'-triphosphate ซึ่งอธิบายได้ดีกว่าว่าเป็น purine triphosphate หรือมีชื่อทางเคมีว่า 9-β-D-ribofuranosylguanine-5'-triphosphate
สังเคราะห์
GTP สามารถสังเคราะห์ de novo ได้ในยูคาริโอตหลายชนิดจากกรดไอโนซินิก (inosine 5'-monophosphate, IMP) ซึ่งเป็นหนึ่งในไรโบนิวคลีโอไทด์ที่ใช้ในการสังเคราะห์พิวรีนซึ่งเป็นหนึ่งในสองประเภทของฐานไนโตรเจนซึ่ง DNA และโมเลกุลอื่น ๆ ถูกสร้างขึ้น
สารประกอบนี้คือกรดไอโนซินิกเป็นจุดแตกแขนงที่สำคัญไม่เพียง แต่สำหรับการสังเคราะห์พิวรีนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์ฟอสเฟต ATP และ GTP ด้วย
การสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์กัวโนซีนฟอสเฟต (GMP, GDP และ GTP: guanosine mono-, di- และ triphosphate ตามลำดับ) เริ่มต้นด้วยการไฮดรอกซิเลชันอิสระ NAD + ของวงแหวนพิวรีนของ IMP ซึ่งสร้างสารประกอบตัวกลาง xanthosine monophosphate (XMP) .
ปฏิกิริยานี้ถูกเร่งโดยเอนไซม์ที่เรียกว่า IMP dehydrogenase ซึ่งได้รับการควบคุมโดย GMP
จากนั้นกลุ่มเอไมด์จะถูกถ่ายโอนไปยัง XMP ที่ผลิตขึ้น (ปฏิกิริยาที่ขึ้นกับกลูตามีนและ ATP) ผ่านการทำงานของเอนไซม์ XMP aminase ซึ่งสร้างโมเลกุลของ guanosine monophosphate หรือ GMP
เนื่องจากนิวคลีโอไทด์ที่มีการใช้งานมากที่สุดโดยทั่วไปคือไตรฟอสเฟตนิวคลีโอไทด์จึงมีเอนไซม์ที่รับผิดชอบในการถ่ายโอนกลุ่มฟอสเฟตไปยังโมเลกุล GMP ที่สร้างขึ้นในเส้นทางที่อธิบายไว้
เอนไซม์เหล่านี้เป็นไคเนสที่ขึ้นอยู่กับ ATP (ไคเนส) ที่เรียกว่า guanylate kinases และ nucleoside diphosphokinases
ในปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย guanylate cyclases ATP ทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคฟอสเฟตสำหรับการแปลง GMP เป็น GDP และ ATP:
GMP + ATP → GDP + ADP
นิวคลีโอไทด์ guanine diphosphate (GDP) ถูกใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับนิวคลีโอไซด์ diphosphokinase ซึ่งใช้ ATP เป็นผู้บริจาคฟอสเฟตสำหรับการแปลง GDP เป็น GTP:
GDP + ATP → GTP + ADP
การสังเคราะห์โดยเส้นทางอื่น
มีเส้นทางการเผาผลาญของเซลล์จำนวนมากที่สามารถผลิต GTP ได้นอกเหนือจากวิถีสังเคราะห์ทางชีวภาพของ de novo สิ่งเหล่านี้มักทำผ่านการถ่ายโอนกลุ่มฟอสเฟตที่มาจากแหล่งต่าง ๆ ไปยังสารตั้งต้นของ GMP และ GDP
คุณสมบัติ
GTP ในฐานะที่เป็นนิวคลีโอไทด์ฟอสเฟตที่คล้ายคลึงกับ ATP มีหน้าที่นับไม่ถ้วนในระดับเซลล์:
- มีส่วนร่วมในการเจริญเติบโตของ microtubules ซึ่งเป็นท่อกลวงที่ประกอบด้วยโปรตีนที่เรียกว่า "tubulin" ซึ่งโพลีเมอร์มีความสามารถในการย่อยสลาย GTP ซึ่งจำเป็นสำหรับการยืดตัวหรือการเจริญเติบโต
- เป็นปัจจัยสำคัญสำหรับโปรตีน G หรือโปรตีนที่จับกับ GTP ซึ่งทำหน้าที่เป็นสื่อกลางในกระบวนการถ่ายทอดสัญญาณต่างๆที่เกี่ยวข้องในทางกลับกันกับแอมป์แบบวนรอบและการลดหลั่นของสัญญาณ
กระบวนการส่งสัญญาณเหล่านี้ส่งผลให้เซลล์สื่อสารกับสิ่งแวดล้อมและออร์แกเนลล์ภายในซึ่งกันและกันและมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการปฏิบัติตามคำแนะนำที่เข้ารหัสในฮอร์โมนและปัจจัยสำคัญอื่น ๆ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
ตัวอย่างของเส้นทางการส่งสัญญาณเหล่านี้ที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเซลล์คือการควบคุมเอนไซม์ adenylate cyclase ผ่านการมีปฏิสัมพันธ์กับโปรตีน G
คุณสมบัติ
GTP มีฟังก์ชันมากมายที่แสดงให้เห็นผ่านการทดลองในหลอดทดลองในระบบ "ปราศจากเซลล์" จากการทดลองเหล่านี้เป็นไปได้ที่จะแสดงให้เห็นว่ามีส่วนร่วมอย่างแข็งขันใน:
- การสังเคราะห์โปรตีนในยูคาริโอต (ทั้งสำหรับการเริ่มต้นและการยืดตัวของเปปไทด์)
- การกระตุ้นของโปรตีนไกลโคซิเลชั่น
- การสังเคราะห์ไรโบโซมอาร์เอ็นเอในโปรคาริโอตและยูคาริโอต
- การสังเคราะห์ฟอสโฟลิปิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการสังเคราะห์ไดอะซิลกลีเซอรอล
ฟังก์ชันบางอย่าง
การทดลองอื่น ๆ แต่ในระบบเซลลูลาร์หรือในร่างกายได้พิสูจน์การมีส่วนร่วมของ GTP ในกระบวนการต่างๆเช่น:
- การแพร่กระจายและการกระตุ้นสปอร์ของจุลินทรีย์ประเภทต่างๆโปรคาริโอตและยูคาริโอต
- การสังเคราะห์ไรโบโซมอาร์เอ็นเอในยูคาริโอต
- อื่น ๆ
นอกจากนี้ยังมีการเสนอว่าความก้าวหน้าของมะเร็งจากเซลล์ปกติไปสู่เซลล์มะเร็งเกี่ยวข้องกับการสูญเสียการควบคุมการเจริญเติบโตและการแพร่กระจายของเซลล์ซึ่งโปรตีนที่จับกับ GTP จำนวนมากและไคเนสของโปรตีนที่มีกิจกรรมที่ขึ้นกับ GTP เฉพาะเข้าร่วม
GTP ยังมีผลกระตุ้นการนำเข้าโปรตีนไปยังเมทริกซ์ไมโทคอนเดรียซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับการย่อยสลาย (โปรตีนไมโทคอนเดรียมากกว่า 90% ถูกสังเคราะห์โดยไรโบโซมในไซโทซอล)
อ้างอิง
- Alberts, B. , Dennis, B. , Hopkin, K. , Johnson, A. , Lewis, J. , Raff, M. , … Walter, P. (2004). ชีววิทยาของเซลล์ที่จำเป็น Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group
- Mathews, C. , van Holde, K. , & Ahern, K. (2000). ชีวเคมี (ฉบับที่ 3) ซานฟรานซิสโกแคลิฟอร์เนีย: Pearson
- พอล, M. (1985). GTP: ตัวควบคุมกลางของการเผาผลาญของเซลล์ ใน B. Horecker & E. Stadtman (Eds.), Current Topics in Cellular Regulation (Vol. 25, p. 183) สำนักพิมพ์วิชาการ, Inc.
- Rawn, JD (1998). ชีวเคมี. เบอร์ลิงตันแมสซาชูเซตส์: Neil Patterson Publishers
- Sepuri, NB V, Schu, N. , & Pain, D. (1998). GTP Hydrolysis เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการนำเข้าโปรตีนใน Mitochondrial Matrix วารสารเคมีชีวภาพ, 273 (3), 1420–1424