Guanina: características, estrutura, formação e funções - Ciência - 2023

science
Guanina: características, estrutura, formação e funções - Ciência
Guanina: características, estrutura, formação e funções - Ciência

Contente

o guanina É uma base nitrogenada que serve para a biossíntese de guanilato 5'-monofosfato e desoxiguanilato 5'-monofosfato. Ambas as substâncias fazem parte, respectivamente, do RNA e do DNA, que armazenam as informações genéticas das células.

O ácido ribonucléico (RNA) e o ácido desoxirribonucléico (DNA) são constituídos por nucleotídeos, que são constituídos por uma base nitrogenada ligada a um açúcar e um grupo fosfato.

A guanina, além de fazer parte dos ácidos nucléicos, em suas formas de nucleosídeos monofosfato, difosfato e trifosfatos (GMP, GDP e GTP) participa de processos como o metabolismo energético, a tradução do sinal intracelular, a fisiologia dos fotorreceptores e fusão vesicular.

Estrutura química

A estrutura química da guanina (2-amino-6-hidroxipurina) é um anel de purina heterocíclico, consistindo de um sistema de dois anéis ligados: um anel é pirimidina e o outro é imidazol.


O anel heterocíclico da guanina é plano e com algumas ligações duplas conjugadas. Além disso, possui duas formas tautoméricas, as formas ceto e enol, entre os grupos C-1 e N-6.

Caracteristicas

As características da guanina são as seguintes:

- A guanina é uma substância apolar. É insolúvel em água, mas é solúvel em soluções concentradas de ácidos ou bases fortes.

- Pode ser isolado como um sólido branco, com fórmula empírica C5H5N5O, e peso molecular 151,3 g / mol.

- A propriedade do DNA de absorver luz a 260 nm se deve, em parte, à estrutura química da guanina.

- No DNA, a guanina forma três ligações de hidrogênio. O grupo C-6 carbonil é um aceitador de ligações de hidrogênio, o grupo N-1 e o grupo C-2 amino são doadores de ligações de hidrogênio.

Por esse motivo, é preciso mais energia para quebrar uma ligação entre uma guanina e uma citosina do que uma adenina com uma timina, já que o último par está ligado por apenas duas ligações de hidrogênio.


- Na célula, sempre se encontra na forma de ácidos nucléicos ou como GMP, GDP e GTP, nunca em sua forma livre.

Biossíntese

A molécula de guanina, como outras purinas, é sintetizada de novo a partir do 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP), por meio de reações catalisadas por enzimas.

A primeira etapa consiste na adição de um grupo amino, a partir da glutamina, ao PRPP e forma-se a 5-fosforibosilamina (PRA).

Posteriormente, em uma sequência ordenada, ocorre a adição de glicina, aspartato, glutamina, formato e dióxido de carbono ao PRA. Desta forma, um metabólito intermediário denominado inosina 5'-monofosfato (IMP) é formado.

Durante esse processo, é utilizada a energia livre da hidrólise do ATP (adenosina 5'-trifosfato), que produz ADP (adenosina 5'-difosfato) e Pi (fosfato inorgânico).

Uma oxidação de IMP é dependente de NAD+ (nicotinamida adenina dinucleotídeo), produz xantina 5'-monofosfato (XMP). A adição subsequente de um grupo amino a XMP produz a molécula de guanilato.


A regulação da biossíntese de guanilato ocorre no início, quando o PRA é formado, e no final, quando ocorre a oxidação do IMP. A regulação ocorre por feedback negativo: um nucleotídeo GMP inibe as enzimas em ambos os estágios.

Durante a degradação metabólica dos nucleotídeos, as bases nitrogenadas são recicladas. O GMP é formado pela enzima hipoxantina-guanina fosforibosiltransferase, que transfere um grupo fosribosila do PRPP para a guanina.

Função

Como a guanina não é encontrada em sua forma livre, suas funções estão associadas a GMP, GDP e GTP. Alguns deles são mencionados abaixo:

- Guanosina 5'-trifosfato (GTP) atua como um reservatório de energia livre. O grupo gama fosfato de GTP pode ser transferido para adenosina 5'-trifosfato (ADP), para formar ATP. Esta reação é reversível e é catalisada pela nucleosídeo difosfato quinase.

- GMP é a forma mais estável do nucleotídeo que contém guanina. Por meio da hidrólise, o GMP forma o GMP cíclico (cGMP), que é um segundo mensageiro durante a sinalização intracelular, nas vias de tradução. Por exemplo, nas células fotorreceptoras e quimiorreceptoras do olfato.

- O cGMP participa do relaxamento dos vasos sanguíneos do músculo liso, durante a biossíntese do óxido nítrico nas células do endotélio.

- A hidrólise do GTP gama fosfato serve como fonte de energia livre para a biossíntese de proteínas nos ribossomos.

- As enzimas helicase precisam da energia livre da hidrólise do GTP para separar a dupla hélice do DNA, durante a replicação e transcrição do DNA.

- Nos neurônios do hipocampo, a ação dos canais de sódio dependentes de voltagem é regulada pela hidrólise do GTP em GDP.

Doenças relacionadas

Níveis elevados de ácido úrico no sangue e na urina foram associados a três defeitos metabólicos diferentes, que veremos a seguir.

Síndrome de Lesch-Nyhan

É caracterizada por uma deficiência de HPRT (hipoxantina-guanina fosforibosil transferase), uma enzima importante para a reciclagem de hipoxantina e guanina. Nesse caso, os níveis de PRPP aumentam e IMP e GMP, dois importantes reguladores do estágio inicial da síntese de purinas, não são formados. Tudo isso favorece a biossíntese de novo de purinas.

Aumento da atividade da PRPP sintase

Isso produz um aumento nos níveis de PRPP. Este metabólito atua como um ativador da glutamina PRPP-amidotranferase, que é responsável pela síntese da 5-fosforibosilamina, aumentando a biossíntese de novo purinas.

Síndrome de Von Gierke

É uma doença relacionada ao armazenamento de glicogênio do tipo I. Os pacientes com essa síndrome apresentam uma glicose 6-fosfatase defeituosa. Isso produz um aumento nos níveis de glicose 6-fosfato, que serve para a síntese de ribose 5-fosfato, via pentose fosfato.

Ribose 5-fosfato é o metabólito inicial para a biossíntese de PRPP. Semelhante aos dois casos anteriores, isso leva a um aumento na biossíntese de novo de purinas.

O aumento do ácido úrico no sangue e na urina causa sintomas comumente conhecidos como gota. No caso da síndrome de Lesch Nyhan, os pacientes perdem completamente a atividade da enzima HPRP, levando à manifestação de outros sintomas, incluindo paralisia e retardo mental.

O gene HPRP está localizado no cromossomo X. Portanto, as mutações nesse gene afetam os homens. Não existe tratamento para tratar problemas neurológicos. Os sintomas associados ao aumento do ácido úrico são tratados com alopurinol.

Referências

  1. Dawson, R. et al. 1986. Data for Biochemical Research. Clarendon Press, Oxford.
  2. Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. e Rawn, D. 2008. Principles of Biochemistry. 4ª Edição. Pearson Education.
  3. Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biochemistry. 3ª Edição.
  4. Murray, R; Granner, D; Mayes, P. And Rodwell, V. 2003. Harper's Illustrated Biochemistry. 26ª Edição. McGraw-Hill Companies.
  5. Nelson, DL e Cox, M. 1994. Lehninger. Princípios de Bioquímica. 4ª Edição. Ed Omega.
  6. Sigma-Aldrich. 2019. Guanine Chemical Sheet. Endereço do Word Wide Web: sigmaaldrich.com.