Guanosine triphosphate (GTP): struktur, sintesis, fungsi

Guanosine triphosphate (GTP): struktur, sintesis, fungsi

guanosin trifosfat atau guanosin trifosfat (GTP) adalah salah satu dari banyak nukleotida mampu menyimpan fosfat energi bebas yang mudah digunakan untuk beberapa fungsi biologis.

Tidak seperti nukleotida fosfat terkait lainnya, yang biasanya menyediakan energi yang diperlukan untuk melakukan berbagai proses dalam konteks seluler yang berbeda, beberapa penulis telah menunjukkan bahwa nukleotida seperti GTP, UTP (uridin trifosfat) dan CTP (sitidin trifosfat) menyediakan energi terutama di proses anabolik.

Struktur kimia Guanosine Triphosphate atau GTP (Sumber: Cacycle, via Wikimedia Commons)

Dalam pengertian ini, Atkinson (1977) menunjukkan bahwa GTP memiliki fungsi yang melibatkan aktivasi banyak proses anabolik melalui mekanisme yang berbeda, yang telah ditunjukkan baik dalam sistem in vitro dan in vivo .

Energi yang terkandung dalam ikatannya, terutama antara gugus fosfat, digunakan untuk mendorong beberapa proses seluler yang terlibat terutama dalam sintesis. Contohnya adalah sintesis protein, replikasi DNA dan transkripsi RNA, sintesis mikrotubulus, dll.

Indeks artikel

Struktur

Seperti halnya nukleotida adenin (ATP, ADP dan AMP), GTP memiliki tiga unsur yang tidak dapat disangkal sebagai struktur dasarnya:

-Cincin heterosiklik guanin (purin)

-Sebuah gula basa lima karbon, ribosa (cincin furan) dan

-Tiga gugus fosfat terpasang

Gugus fosfat pertama GTP melekat pada karbon 5 ‘dari gula ribosa dan residu guanin melekat pada molekul ini melalui karbon 1’ dari cincin ribofuranosa.

Dalam istilah biokimia, molekul ini adalah guanosin 5′-trifosfat, lebih baik digambarkan sebagai purin trifosfat atau, dengan nama kimianya, 9-β-D-ribofuranosylguanine-5′-trifosfat.

Perpaduan

GTP dapat disintesis de novo di banyak eukariota dari asam inosinat (inosin 5′-monofosfat, IMP), salah satu ribonukleotida yang digunakan untuk sintesis purin, yang merupakan salah satu dari dua jenis basa nitrogen yang DNA dan molekul lainnya mengarang.

Senyawa ini, asam inosinat, merupakan titik cabang penting tidak hanya untuk sintesis purin, tetapi juga untuk sintesis nukleotida fosfat ATP dan GTP.

Sintesis nukleotida guanosin fosfat (GMP, GDP dan GTP: guanosin mono-, di- dan trifosfat, masing-masing) dimulai dengan hidroksilasi yang bergantung pada NAD+ dari cincin purin IMP, membentuk senyawa antara xanthosine monophosphate (XMP) .

Reaksi ini dikatalisis oleh enzim yang dikenal sebagai IMP dehidrogenase, yang diatur secara alosterik oleh GMP.

Gugus amida kemudian ditransfer ke XMP yang dihasilkan (glutamin dan reaksi tergantung ATP) melalui aksi enzim XMP aminase, di mana molekul guanosin monofosfat atau GMP diproduksi.

Karena nukleotida yang paling aktif secara umum adalah nukleotida trifosfat, ada enzim yang bertanggung jawab untuk transfer gugus fosfat ke molekul GMP yang dihasilkan dalam rute yang baru saja dijelaskan.

Enzim-enzim ini adalah ATP-dependent kinases (kinases) spesifik yang dikenal sebagai guanylate kinases dan nucleoside diphosphokinases.

Dalam reaksi yang dikatalisis oleh guanylate cyclase, ATP bertindak sebagai donor fosfat untuk konversi GMP menjadi GDP dan ATP:

GMP + ATP → PDB + ADP

Guanine diphosphate nucleotide (GDP) selanjutnya digunakan sebagai substrat untuk nukleosida diphosphokinase, yang juga menggunakan ATP sebagai donor fosfat untuk konversi GDP menjadi GTP:

PDB + ATP → GTP + ADP

Sintesis dengan rute lain

Ada banyak jalur metabolisme seluler yang mampu menghasilkan GTP selain jalur biosintesis de novo . Ini biasanya melakukannya melalui transfer gugus fosfat, yang berasal dari sumber yang berbeda, menuju prekursor GMP dan PDB.

Fitur

GTP, sebagai nukleotida fosfat analog dengan ATP, memiliki fungsi yang tak terhitung jumlahnya pada tingkat sel:

-Berpartisipasi dalam pertumbuhan mikrotubulus, yang merupakan tabung berongga yang terdiri dari protein yang dikenal sebagai “tubulin” yang polimernya memiliki kemampuan untuk menghidrolisis GTP, yang penting untuk pemanjangan atau pertumbuhannya.

-Ini adalah faktor penting untuk protein G atau protein pengikat GTP, yang berfungsi sebagai mediator dalam berbagai proses transduksi sinyal yang terkait, pada gilirannya, dengan AMP siklik dan kaskade pensinyalannya.

Proses pensinyalan ini menghasilkan komunikasi sel dengan lingkungannya dan organel internalnya satu sama lain, dan sangat penting dalam melaksanakan instruksi yang dikodekan dalam hormon dan faktor penting lainnya pada mamalia.

Contoh jalur pensinyalan yang sangat penting bagi sel ini adalah regulasi enzim adenilat siklase melalui interaksinya dengan protein G.

Fungsi in vitro

GTP memiliki banyak fungsi yang telah ditunjukkan melalui eksperimen in vitro dalam sistem “bebas sel”. Dari eksperimen-eksperimen ini dimungkinkan untuk menunjukkan bahwa ia berpartisipasi secara aktif dalam:

Sintesis protein pada eukariota (baik untuk inisiasi dan pemanjangan peptida)

-Stimulasi glikosilasi protein

-Sintesis RNA ribosom pada prokariota dan eukariota

-Sintesis fosfolipid, terutama selama sintesis diasilgliserol

Fungsi yang ditentukan in vivo

Eksperimen lain, tetapi dalam sistem seluler atau in vivo telah mengkonfirmasi partisipasi GTP dalam proses seperti:

-Sporulasi dan aktivasi spora dari berbagai kelas mikroorganisme, prokariota dan eukariota

-Sintesis RNA ribosom pada eukariota

-Di antara yang lain.

Juga telah diusulkan bahwa kemajuan onkogenik dari sel normal ke sel kanker melibatkan hilangnya kendali atas pertumbuhan dan proliferasi sel, yang melibatkan banyak protein pengikat GTP dan protein kinase dengan aktivitas spesifik yang bergantung pada GTP.

GTP juga memiliki efek stimulasi pada impor protein ke dalam matriks mitokondria, yang berhubungan langsung dengan hidrolisisnya (lebih dari 90% protein mitokondria disintesis oleh ribosom di sitosol).

Referensi

  1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologi Sel Esensial. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
  2. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokimia (edisi ke-3). San Fransisco, California: Pearson.
  3. Pall, M. (1985). GTP: Pengatur Pusat Anabolisme Seluler. Dalam B. Horecker & E. Stadtman (Eds.), Topik Terkini dalam Regulasi Seluler (Vol. 25, p. 183). Pers Akademik, Inc.
  4. Rawn, JD (1998). Biokimia . Burlington, Massachusetts: Penerbit Neil Patterson.
  5. Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). Hidrolisis GTP Penting untuk Impor Protein ke dalam Matriks Mitokondria. Jurnal Kimia Biologi , 273 (3), 1420–1424.