guanin adalah basa nitrogen yang berfungsi untuk biosintesis guanylate monofosfat dan 5′-5′-monofosfat deoxiguanilato tersebut. Kedua zat tersebut masing-masing merupakan bagian dari RNA dan DNA , yang menyimpan informasi genetik sel.
Asam ribonukleat (RNA) dan asam deoksiribonukleat (DNA) terdiri dari nukleotida, yang terdiri dari basa nitrogen yang melekat pada gula dan gugus fosfat.
Sumber: NEUROtiker [Domain publik]
Guanin, selain menjadi bagian dari asam nukleat, dalam bentuk nukleosida monofosfat, difosfat dan trifosfat (GMP, GDP dan GTP) berpartisipasi dalam proses seperti metabolisme energi, translasi sinyal intraseluler, fisiologi fotoreseptor dan fusi vesikel. .
Indeks artikel
Struktur kimia
Struktur kimia guanin (2-amino-6-hidroksipurin) adalah cincin purin heterosiklik, terdiri dari sistem dua cincin terkait: satu cincin adalah pirimidin dan cincin lainnya adalah imidazol.
Cincin heterosiklik guanin datar dan dengan beberapa ikatan rangkap terkonjugasi. Selain itu, ia memiliki dua bentuk tautomer, bentuk keto dan enol, antara gugus C-1 dan N-6.
Karakteristik
Ciri-ciri guanin adalah sebagai berikut:
– Guanin adalah zat apolar. Ini tidak larut dalam air, tetapi larut dalam larutan pekat asam atau basa kuat.
– Dapat diisolasi sebagai padatan putih, dengan rumus empiris C 5 H 5 N 5 O, dan berat molekul 151,3 g / mol.
– Sifat DNA dalam menyerap cahaya pada 260 nm sebagian disebabkan oleh struktur kimia guanin.
– Dalam DNA, guanin membentuk tiga ikatan hidrogen. Gugus karbonil C-6 adalah akseptor ikatan hidrogen, gugus N-1 dan gugus amino C-2 adalah donor ikatan hidrogen.
Untuk alasan ini, dibutuhkan lebih banyak energi untuk memutuskan ikatan antara guanin dan sitosin, daripada adenin dengan timin, karena pasangan terakhir dihubungkan oleh hanya dua ikatan hidrogen.
– Di dalam sel, selalu ditemukan sebagai bagian dari asam nukleat atau sebagai GMP, GDP dan GTP, tidak pernah dalam bentuk bebasnya.
Biosintesis
Molekul guanin, seperti purin lainnya, disintesis de novo dari 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP), melalui reaksi yang dikatalisis oleh enzim.
Langkah pertama terdiri dari penambahan gugus amino, dari glutamin, ke PRPP dan 5-fosforibosilamin (PRA) terbentuk.
Selanjutnya, dalam urutan berurutan, penambahan glisin, aspartat, glutamin, format, dan karbon dioksida ke PRA terjadi. Dengan cara ini, metabolit perantara yang disebut inosin 5′-monofosfat (IMP) terbentuk.
Selama proses ini, energi bebas digunakan dari hidrolisis ATP (adenosin 5′-trifosfat), yang menghasilkan ADP (adenosin 5′-difosfat) dan Pi (fosfat anorganik).
Oksidasi IMP bergantung pada NAD + (nicotinamide adenine dinucleotide), menghasilkan xanthine 5′-monophosphate (XMP). Penambahan berikutnya dari gugus amino ke XMP menghasilkan molekul guanylate.
Regulasi biosintesis guanilat terjadi di awal, saat PRA terbentuk, dan di akhir, saat oksidasi IMP terjadi. Regulasi terjadi melalui umpan balik negatif: nukleotida GMP menghambat enzim pada kedua tahap.
Selama degradasi metabolik nukleotida, basa nitrogen didaur ulang. GMP dibentuk oleh enzim hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase, mentransfer gugus phosribosyl dari PRPP ke guanine.
Fungsi
Karena guanin tidak ditemukan dalam bentuk bebasnya, fungsinya terkait dengan GMP, GDP, dan GTP. Beberapa di antaranya disebutkan di bawah ini:
– Guanosine 5′-triphosphate (GTP) bertindak sebagai reservoir energi bebas. Gugus gamma fosfat GTP dapat ditransfer ke adenosin 5′-trifosfat (ADP), untuk membentuk ATP. Reaksi ini reversibel, dan dikatalisis oleh nukleosida difosfat kinase.
– GMP adalah bentuk paling stabil dari nukleotida yang mengandung guanin. Melalui hidrolisis, GMP membentuk GMP siklik (cGMP), yang merupakan pembawa pesan kedua selama pensinyalan intraseluler, dalam jalur translasi. Misalnya pada sel fotoreseptor dan kemoreseptor penciuman.
– cGMP berpartisipasi dalam relaksasi pembuluh darah otot polos, selama biosintesis oksida nitrat dalam sel endotel.
– Hidrolisis gamma fosfat GTP berfungsi sebagai sumber energi bebas untuk biosintesis protein di ribosom .
– Enzim helikase membutuhkan energi bebas dari hidrolisis GTP untuk memisahkan heliks ganda DNA, selama replikasi dan transkripsi DNA.
– Dalam neuron hipokampus , aksi saluran natrium bergerbang tegangan diatur oleh hidrolisis GTP menjadi PDB.
Penyakit terkait
Tingginya kadar asam urat dalam darah dan urin telah dikaitkan dengan tiga kelainan metabolisme yang berbeda, yang akan kita lihat di bawah.
Sindrom Lesch-Nyhan
Hal ini ditandai dengan kekurangan HPRT (hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase), enzim penting untuk daur ulang hipoksantin dan guanin. Dalam hal ini, kadar PRPP meningkat dan IMP dan GMP, dua pengatur penting dari tahap awal sintesis purin, tidak terbentuk. Semua ini mendukung biosintesis purin secara de novo .
Peningkatan aktivitas sintase PRPP
Ini menghasilkan peningkatan kadar PRPP. Metabolit ini bertindak sebagai aktivator glutamin PRPP-amidotransferase, yang bertanggung jawab untuk sintesis 5-phosphoribosylamine, meningkatkan biosintesis de novo purin.
Sindrom von Gierke
Ini adalah penyakit yang berhubungan dengan penyimpanan glikogen tipe I. Pasien dengan sindrom ini memiliki glukosa 6-fosfatase yang rusak. Ini menghasilkan peningkatan kadar glukosa 6-fosfat, yang berfungsi untuk sintesis ribosa 5-fosfat, melalui pentosa fosfat.
Ribosa 5-fosfat adalah metabolit awal untuk biosintesis PRPP. Mirip dengan dua kasus sebelumnya, ini mengarah pada peningkatan biosintesis purin de novo .
Peningkatan asam urat dalam darah dan urin menyebabkan gejala yang biasa dikenal sebagai asam urat. Dalam kasus sindrom Lesch Nyhan, pasien benar-benar kekurangan aktivitas enzim HPRP, yang menyebabkan manifestasi gejala lain termasuk kelumpuhan dan keterbelakangan mental.
Gen HPRP terletak pada kromosom X. Oleh karena itu, mutasi pada gen ini mempengaruhi laki-laki. Tidak ada pengobatan untuk mengatasi masalah neurologis. Gejala yang berhubungan dengan peningkatan asam urat diobati dengan allopurinol.
Referensi
- Dawson, R. dkk. 1986. Data untuk Penelitian Biokimia. Clarendon Press, Oxford.
- Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. Dan Rawn, D. 2008. Prinsip-prinsip Biokimia. Edisi ke-4. Pendidikan Pearson.
- Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biokimia. Edisi ke-3.
- Murray, R; Granner, D; Mayes, P. Dan Rodwell, V. 2003. Biokimia Bergambar Harper. Edisi 26. Perusahaan McGraw-Hill.
- Nelson, DL dan Cox, M. 1994. Lehninger. Prinsip Biokimia. Edisi ke-4. Ed Omega.
- Sigma-Aldrich. 2019. Lembar Kimia Guanin. Alamat Word Wide Web: sigmaaldrich.com.
