Le GMP cyclique, le guanosine monophosphate également connu sous le nom de guanosine monophosphate cyclique ou guanosine 3 du ', 5'-monophosphate est un nucléotide impliqué dans de nombreux processus cellulaires cycliques, notamment ceux liés à la signalisation et à la communication intercellulaire.
Il a été décrit pour la première fois il y a plus de 40 ans, peu de temps après la découverte de son analogue, l'AMP cyclique, qui en diffère en termes de base azotée, puisqu'il ne s'agit pas d'un nucléotide de guanine mais d'adénine.
Structure chimique du monophosphate de guanosine cyclique ou GMP (Source: en: Utilisateur: Diberri via Wikimedia Commons)
Comme d'autres nucléotides cycliques tels que l'AMP cyclique précité ou le CTP cyclique (cytidine monophosphate cyclique), la structure du GMP cyclique est déterminante pour ses propriétés chimiques et son activité biologique, en plus de la rendre plus stable que son homologue.
Ce nucléotide est produit par une enzyme connue sous le nom de guanylyl cyclase et est capable de déclencher des cascades de signalisation de protéines kinases GMP cycliques-dépendantes, d'une manière similaire à l'AMP cyclique.
Il a été décrit non seulement chez les mammifères, qui sont des animaux très complexes, mais aussi chez les procaryotes les plus simples, inclus dans les royaumes des eubactéries et des archées. Sa présence dans les plantes est encore un sujet de débat, mais des preuves suggèrent qu'elle est absente dans ces organismes.
Formation et dégradation
La concentration intracellulaire des nucléotides de la guanine cyclique, ainsi que celle de l'adénine, est extrêmement faible, surtout par rapport à leurs analogues non cycliques qui sont mono-, di- ou triphosphatés.
Cependant, les niveaux de ce nucléotide peuvent être sélectivement modifiés en présence de certains stimuli hormonaux et d'autres facteurs qui se comportent comme des messagers primaires.
Le métabolisme du GMP cyclique est partiellement indépendant du métabolisme de l'AMP cyclique et d'autres nucléotides analogues. Ceci est produit à partir de GTP par un système enzymatique connu sous le nom de guanylyl cyclase ou guanylate cyclase, qui est une enzyme partiellement soluble dans la plupart des tissus.
Les enzymes guanylate cyclase sont responsables de la "cyclisation" du groupe phosphate en position 5 'du résidu sucre (ribose), provoquant la liaison du même phosphate à deux groupes OH différents dans la même molécule.
Cette enzyme est très abondante dans l'intestin grêle et les poumons des mammifères et la source la plus active se trouve dans le sperme d'une espèce d'oursin. Dans tous les organismes étudiés, il dépend des ions manganèse divalents, ce qui le différencie des adénylate cyclases, qui dépendent du magnésium ou du zinc.
La dégradation de la GMP cyclique est médiée par des nucléotides phosphodiestérases cycliques qui ne semblent pas spécifiques, car il a été montré que les mêmes enzymes sont capables d'utiliser à la fois l'AMP cyclique et la GMP cyclique comme substrats hydrolysables.
Les deux processus, formation et dégradation, sont soigneusement contrôlés au niveau intracellulaire.
Structure
La structure du GMP cyclique n'est pas significativement différente de celle des autres nucléotides cycliques. Comme son nom l'indique (guanosine 3 ', 5'-monophosphate) a un groupe phosphate attaché à l'oxygène au niveau du carbone en position 5' d'un sucre ribose.
Ledit sucre ribose est lié en même temps à la base azotée du cycle hétérocyclique guanine au moyen d'une liaison glycosidique avec le carbone en position 1 'du ribose.
Le groupe phosphate qui est attaché à l'atome d'oxygène à la position 5 'du ribose est trans-fusionné par une liaison phosphodiester, qui se produit entre le même groupe phosphate et l'oxygène du carbone à la position 3' du ribose, formant ainsi un phosphate 3'-5'- "trans-fusionné" (phosphate 3'-5'-trans-fusionné).
La fusion du groupement phosphate ou sa "cyclisation" provoque une augmentation de la rigidité de la molécule, car elle restreint la libre rotation des liaisons dans le cycle furane du ribose.
Comme c'est également le cas pour l'AMP cyclique, la liaison glycosidique entre le cycle guanine et le ribose et sa liberté de rotation sont des paramètres structurels importants pour la reconnaissance spécifique du GMP cyclique.
Caractéristiques
Contrairement aux fonctions nombreuses et très variées que possèdent d'autres nucléotides cycliques analogues tels que l'AMP cyclique, la fonction du GMP cyclique est un peu plus restreinte:
1-Participe aux processus de signalisation en réponse à la stimulation lumineuse des pigments visuels. Sa concentration est modifiée en raison de l'activation d'une protéine G qui perçoit le stimulus lumineux et interagit avec une phosphodiestérase cyclique GMP-dépendante.
Les changements dans les niveaux de ce nucléotide modifient la perméabilité de la membrane des cellules oculaires en forme de bâtonnet aux ions sodium, provoquant d'autres changements qui terminent la transmission du stimulus au nerf optique.
2-Il a des fonctions dans le cycle de contraction musculaire et de relaxation du muscle lisse en réponse à l'oxyde nitrique et à d'autres composés chimiques de nature variée.
3-Une augmentation de sa concentration due à la réponse aux peptides natriurétiques est liée à la régulation du mouvement des ions sodium et eau à travers les membranes cellulaires.
4-Chez certains organismes, le GMP cyclique peut concurrencer l'AMP cyclique pour le nucléotide phosphodiestérase cyclique, et l'ajout de GMP cyclique peut contribuer à une augmentation de la concentration d'AMP cyclique en réduisant sa dégradation.
Les 5-bactéries telles que E. coli augmentent leurs niveaux de GMP cyclique lorsqu'elles sont exposées à des chimio-attractifs, indiquant que ce nucléotide est impliqué dans les processus de signalisation en réponse à ces stimuli chimiques.
6-Il a été déterminé que le GMP cyclique a également des implications importantes dans les processus de vasodilatation et d'érection chez les mammifères.
7-De nombreux canaux ioniques fermés (calcium et sodium) sont régulés par des ligands intracellulaires qui utilisent spécifiquement le GMP cyclique.
Références
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