Das cyclische GMP , Guanosinmonophosphat, auch bekannt als cyclisches Guanosinmonophosphat oder Guanosin 3 von ', 5'-Monophosphat, ist ein Nukleotid, das an zahlreichen Prozessen der zyklischen Zelle beteiligt ist, insbesondere an den damit verbundenen Signalen und der interzellulären Kommunikation.
Es wurde zum ersten Mal vor mehr als 40 Jahren beschrieben, kurz nach der Entdeckung seines analogen, cyclischen AMP, das sich hinsichtlich der stickstoffhaltigen Base von ihm unterscheidet, da es kein Nukleotid von Guanin, sondern von Adenin ist.
Chemische Struktur von cyclischem Guanosinmonophosphat oder GMP (Quelle: en: Benutzer: Diberri über Wikimedia Commons)
Wie andere cyclische Nukleotide wie das zuvor erwähnte cyclische AMP oder cyclisches CTP (cyclisches Cytidinmonophosphat) ist die Struktur von cyclischem GMP entscheidend für seine chemischen Eigenschaften und seine biologische Aktivität und macht es darüber hinaus stabiler als sein Gegenstück.
Dieses Nukleotid wird von einem Enzym hergestellt, das als Guanylylcyclase bekannt ist, und kann in ähnlicher Weise wie cyclisches AMP Signalkaskaden von cyclisch abhängigen GMP-Proteinkinasen auslösen.
Es wurde nicht nur bei Säugetieren beschrieben, die hochkomplexe Tiere sind, sondern auch bei den einfachsten Prokaryoten, die in den Reichen der Eubakterien und Archaeen enthalten sind. Seine Anwesenheit in Pflanzen ist immer noch umstritten, aber es gibt Hinweise darauf, dass es in diesen Organismen nicht vorhanden ist.
Bildung und Abbau
Die intrazelluläre Konzentration der cyclischen Guaninnukleotide sowie der von Adenin ist extrem niedrig, insbesondere im Vergleich zu ihren nichtcyclischen Analoga, die mono-, di- oder triphosphiert sind.
Die Spiegel dieses Nukleotids können jedoch in Gegenwart bestimmter hormoneller Reize und anderer Faktoren, die sich als primäre Botenstoffe verhalten, selektiv verändert werden.
Der Metabolismus von cyclischem GMP ist teilweise unabhängig vom Metabolismus von cyclischem AMP und anderen analogen Nukleotiden. Dies wird aus GTP durch ein Enzymsystem hergestellt, das als Guanylylcyclase oder Guanylatcyclase bekannt ist und in den meisten Geweben ein teilweise lösliches Enzym ist.
Guanylatcyclaseenzyme sind für die "Cyclisierung" der Phosphatgruppe in Position 5 'des Zuckerrests (Ribose) verantwortlich, wodurch das gleiche Phosphat an zwei verschiedene OH-Gruppen im selben Molekül gebunden wird.
Dieses Enzym kommt im Dünndarm und in der Lunge von Säugetieren sehr häufig vor, und die aktivste Quelle befindet sich im Sperma einer Seeigelart. In allen untersuchten Organismen hängt es von zweiwertigen Manganionen ab, die es von Adenylatcyclasen unterscheiden, die von Magnesium oder Zink abhängen.
Der zyklische GMP-Abbau wird durch cyclische Nucleotidphosphodiesterasen vermittelt, die nicht spezifisch zu sein scheinen, da gezeigt wurde, dass dieselben Enzyme sowohl cyclisches AMP als auch cyclisches GMP als hydrolysierbare Substrate verwenden können.
Beide Prozesse, Bildung und Abbau, werden intrazellulär sorgfältig gesteuert.
Struktur
Die Struktur von cyclischem GMP unterscheidet sich nicht signifikant von der anderer cyclischer Nukleotide. Wie der Name schon sagt (Guanosin 3 ', 5'-Monophosphat), hat eine Phosphatgruppe am Kohlenstoff an der 5'-Position eines Ribosezuckers an Sauerstoff gebunden.
Der Ribosezucker ist gleichzeitig über eine glykosidische Bindung mit dem Kohlenstoff in der 1'-Position der Ribose an die Stickstoffbase des heterocyclischen Guaninrings gebunden.
Die Phosphatgruppe, die an der 5'-Position der Ribose an das Sauerstoffatom gebunden ist, wird durch eine Phosphodiesterbindung, die zwischen derselben Phosphatgruppe und dem Sauerstoff des Kohlenstoffs an der 3'-Position der Ribose auftritt, transfundiert. wodurch ein 3'-5'- "trans-kondensiertes" Phosphat (3'-5'-trans-kondensiertes Phosphat) gebildet wird.
Die Fusion der Phosphatgruppe oder ihre "Cyclisierung" bewirkt eine Erhöhung der Steifheit des Moleküls, da sie die freie Rotation der Bindungen im Furanring der Ribose einschränkt.
Wie auch für cyclisches AMP sind die glykosidische Bindung zwischen Guaninring und Ribose und seine Rotationsfreiheit wichtige Strukturparameter für die spezifische Erkennung von cyclischem GMP.
Eigenschaften
Im Gegensatz zu den vielen und sehr unterschiedlichen Funktionen, die andere analoge cyclische Nukleotide wie cyclisches AMP haben, ist die Funktion von cyclischem GMP etwas eingeschränkter:
1-Beteiligt sich an Signalprozessen als Reaktion auf die Lichtstimulation von visuellen Pigmenten. Seine Konzentration wird durch die Aktivierung eines G-Proteins verändert, das den Lichtreiz wahrnimmt und mit einer GMP-abhängigen cyclischen Phosphodiesterase interagiert.
Änderungen in den Spiegeln dieses Nukleotids verändern die Permeabilität der Membran der stabförmigen Augenzellen für Natriumionen und verursachen andere Änderungen, die die Übertragung des Stimulus auf den Sehnerv beenden.
2-Es hat Funktionen im Muskelkontraktions- und Entspannungszyklus der glatten Muskulatur als Reaktion auf Stickoxid und andere chemische Verbindungen verschiedener Art.
3-Eine Erhöhung seiner Konzentration aufgrund der Reaktion auf natriuretische Peptide hängt mit der Regulierung der Bewegung von Natrium- und Wasserionen durch Zellmembranen zusammen.
4-In einigen Organismen kann cyclisches GMP mit cyclischem AMP um cyclische Nucleotidphosphodiesterase konkurrieren, und die Zugabe von cyclischem GMP kann zu einer Erhöhung der Konzentration von cyclischem AMP beitragen, indem sein Abbau verringert wird.
5-Bakterien wie E. coli erhöhen ihren Gehalt an cyclischem GMP, wenn sie Chemo-Lockstoffen ausgesetzt werden, was darauf hinweist, dass dieses Nukleotid als Reaktion auf diese chemischen Stimuli an Signalprozessen beteiligt ist.
6-Es wurde festgestellt, dass zyklisches GMP auch wichtige Auswirkungen auf Vasodilatations- und Erektionsprozesse bei Säugetieren hat.
7-Viele Gate-Ionenkanäle (Calcium und Natrium) werden durch intrazelluläre Liganden reguliert, die spezifisch cyclisches GMP verwenden.
Verweise
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