Trifosfato de guanosina (GTP): estrutura, síntese, funções - Ciência - 2023

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o trifosfato de guanosina ou trifosfato de guanosina (GTP) é um dos muitos nucleotídeos de fosfato capazes de armazenar energia livre facilmente utilizável para múltiplas funções biológicas.

Ao contrário de outros nucleotídeos de fosfato relacionados, que geralmente fornecem a energia necessária para executar uma grande variedade de processos em diferentes contextos celulares, alguns autores mostraram que nucleotídeos como GTP, UTP (trifosfato de uridina) e CTP (trifosfato de citidina) contribuem com energia principalmente processos anabólicos.

Nesse sentido, Atkinson (1977) sugere que o GTP possui funções que envolvem a ativação de diversos processos anabólicos por meio de diferentes mecanismos, o que tem sido demonstrado em ambos os sistemas. em vitro Como na Vivo.

A energia contida em suas ligações, especialmente entre os grupos fosfato, é usada para conduzir alguns processos celulares envolvidos principalmente na síntese. Exemplos disso são a síntese de proteínas, replicação de DNA e transcrição de RNA, síntese de microtúbulos, etc.

Estrutura

Assim como acontece com os nucleotídeos de adenina (ATP, ADP e AMP), o GTP tem três elementos indiscutíveis como sua estrutura básica:

-Um anel de guanina heterocíclico (purina)

-Um açúcar de base de cinco carbonos, ribose (com um anel de furano) e

-Três grupos fosfato ligados

O primeiro grupo fosfato do GTP está ligado ao carbono 5 'do açúcar ribose e o resíduo de guanina é ligado a esta molécula através do carbono 1' do anel da ribofuranose.

Em termos bioquímicos, essa molécula é um 5'-trifosfato de guanosina, melhor descrito como um trifosfato de purina ou, com o seu nome químico, 9-β-D-ribofuranosilguanina-5'-trifosfato.

Síntese

GTP pode ser sintetizado de novo em muitos eucariotos de ácido inosínico (inosina 5'-monofosfato, IMP), um dos ribonucleotídeos usados para a síntese de purinas, que são um dos dois tipos de bases nitrogenadas que compõem o DNA e outras moléculas .

Este composto, o ácido inosínico, é um importante ponto de ramificação não só para a síntese de purinas, mas também para a síntese de nucleotídeos fosfato ATP e GTP.

A síntese de nucleotídeos de fosfato de guanosina (GMP, GDP e GTP: mono-, di- e trifosfato de guanosina, respectivamente) começa com a hidroxilação dependente de NAD + do anel purina de IMP, formando o composto intermediário monofosfato de xantosina (XMP) .

Essa reação é catalisada por uma enzima conhecida como IMP desidrogenase, que é regulada alostericamente pelo GMP.

Um grupo amida é então transferido para o XMP assim produzido (reação dependente de glutamina e ATP) por meio da ação da enzima XMP aminase, onde uma molécula de monofosfato de guanosina ou GMP é produzida.

Como os nucleotídeos mais ativos são, em geral, os nucleotídeos trifosfato, existem enzimas responsáveis pela transferência de grupos fosfato para as moléculas de GMP que são geradas na rota que acabamos de descrever.

Estas enzimas são quinases dependentes de ATP específicas (quinases) conhecidas como guanilato quinases e nucleosídeo difosfoquinases.

Na reação catalisada por guanilato ciclases, o ATP atua como um doador de fosfato para a conversão de GMP em GDP e ATP:

GMP + ATP → PIB + ADP

O nucleotídeo difosfato de guanina (GDP) é subsequentemente usado como substrato para um nucleosídeo difosfoquinase, que também usa ATP como um doador de fosfato para a conversão de GDP em GTP:

PIB + ATP → GTP + ADP

Síntese por outras rotas

Existem muitas vias metabólicas celulares capazes de produzir GTP além da via biossintética de novo. Geralmente o fazem através da transferência de grupos fosfato, vindos de diferentes fontes, para os precursores GMP e GDP.

Características

O GTP, como um fosfato de nucleotídeo análogo ao ATP, tem inúmeras funções no nível celular:

-Participa no crescimento dos microtúbulos, que são tubos ocos compostos por uma proteína conhecida como “tubulina” cujos polímeros têm a capacidade de hidrolisar o GTP, que é essencial para o seu alongamento ou crescimento.

-É um fator essencial para as proteínas G ou proteínas de ligação ao GTP, que funcionam como mediadores em vários processos de transdução de sinal que estão relacionados, por sua vez, ao AMP cíclico e suas cascatas de sinalização.

Esses processos de sinalização resultam na comunicação da célula com seu ambiente e de suas organelas internas entre si, e são especialmente importantes para a execução das instruções codificadas nos hormônios e outros fatores importantes nos mamíferos.

Um exemplo dessas vias de sinalização de grande importância para a célula é a regulação da enzima adenilato ciclase por meio de sua interação com uma proteína G.

Características em vitro

O GTP tem muitas funções que foram demonstradas por meio de experimentos em vitro em sistemas "livres de células". A partir desses experimentos, foi possível demonstrar que participa ativamente de:

- Síntese de proteínas em eucariotos (tanto para a iniciação quanto para o alongamento de peptídeos)

-Estimulação de glicosilação de proteínas

-A síntese de RNA ribossômico em procariotos e eucariotos

-A síntese de fosfolipídios, particularmente durante a síntese de diacilglicerol

Certas funções na Vivo

Outros experimentos, mas em sistemas celulares o na Vivo verificaram a participação do GTP em processos como:

-Esporulação e ativação dos esporos de diferentes classes de microrganismos, procariotos e eucariotos

-Síntese de RNA ribossomal em eucariotos

-Entre outras.

Também foi proposto que o progresso oncogênico de células normais para células cancerosas envolve a perda de controle sobre o crescimento e proliferação celular, onde muitas proteínas de ligação a GTP e proteínas quinases com atividade dependente de GTP específica participam.

O GTP também tem efeito estimulante na importação de proteínas para a matriz mitocondrial, o que está diretamente relacionado à sua hidrólise (mais de 90% das proteínas mitocondriais são sintetizadas por ribossomos no citosol).

Referências

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Rawn, J. D. (1998). Bioquímica. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
Sepuri, N. B. V, Schu, N., & Pain, D. (1998). A hidrólise de GTP é essencial para a importação de proteínas na matriz mitocondrial. The Journal of Biological Chemistry, 273(3), 1420–1424.