- Structure chimique
- caractéristiques
- Biosynthèse
- Fonction
- Maladies liées
- Syndrome de Lesch-Nyhan
- Augmentation de l'activité PRPP synthase
- Syndrome de Von Gierke
- Références
La guanine est une base azotée qui sert à la biosynthèse du guanylate monophosphate et du 5'-5'-monophosphate le deoxiguanilato. Les deux substances font respectivement partie de l'ARN et de l'ADN, qui stockent les informations génétiques des cellules.
L'acide ribonucléique (ARN) et l'acide désoxyribonucléique (ADN) sont constitués de nucléotides, qui sont constitués d'une base azotée attachée à un sucre et à un groupe phosphate.
Source: NEUROtiker
La guanine, en plus de faire partie des acides nucléiques, sous ses formes de nucléosides monophosphate, diphosphate et triphosphates (GMP, GDP et GTP) participe à des processus tels que le métabolisme énergétique, la traduction du signal intracellulaire, la physiologie des photorécepteurs et la fusion des vésicules.
Structure chimique
La structure chimique de la guanine (2-amino-6-hydroxypurine) est un cycle purine hétérocyclique, constitué d'un système de deux cycles liés: un cycle est la pyrimidine et l'autre cycle est l'imidazole.
Le cycle hétérocyclique de la guanine est plat avec quelques doubles liaisons conjuguées. De plus, il a deux formes tautomères, les formes céto et énol, entre les groupes C-1 et N-6.
caractéristiques
Les caractéristiques de la guanine sont les suivantes:
- La guanine est une substance apolaire. Il est insoluble dans l'eau, mais il est soluble dans des solutions concentrées d'acides ou de bases forts.
- Il peut être isolé sous forme d'un solide blanc, de formule empirique C 5 H 5 N 5 O, et de poids moléculaire 151,3 g / mol.
- La propriété de l'ADN d'absorber la lumière à 260 nm est due, en partie, à la structure chimique de la guanine.
- Dans l'ADN, la guanine forme trois liaisons hydrogène. Le groupe carbonyle C-6 est un accepteur de liaison hydrogène, le groupe N-1 et le groupe amino C-2 sont des donneurs de liaison hydrogène.
Pour cette raison, il faut plus d'énergie pour rompre une liaison entre une guanine et une cytosine que celle d'une adénine avec une thymine, puisque cette dernière paire n'est liée que par deux liaisons hydrogène.
- Dans la cellule, on le retrouve toujours comme partie d'acides nucléiques ou comme GMP, GDP et GTP, jamais sous sa forme libre.
Biosynthèse
La molécule de guanine, comme les autres purines, est synthétisée de novo à partir du 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP), par des réactions catalysées par des enzymes.
La première étape consiste en l'ajout d'un groupe amino, de la glutamine, au PRPP et la 5-phosphoribosilamine (PRA) est formée.
Par la suite, dans une séquence ordonnée, l'addition de glycine, d'aspartate, de glutamine, de formiate et de dioxyde de carbone à l'ARP se produit. De cette manière, un métabolite intermédiaire appelé inosine 5'-monophosphate (IMP) est formé.
Au cours de ce processus, l'énergie libre est utilisée à partir de l'hydrolyse de l'ATP (adénosine 5'-triphosphate), qui produit de l'ADP (adénosine 5'-diphosphate) et du Pi (phosphate inorganique).
Une oxydation de l'IMP dépend du NAD + (nicotinamide adénine dinucléotide), produisant de la xanthine 5'-monophosphate (XMP). L'addition ultérieure d'un groupe amino à XMP produit la molécule de guanylate.
La régulation de la biosynthèse du guanylate a lieu au début, lorsque l'ARP est formée, et à la fin, lorsque l'oxydation de l'IMP se produit. La régulation se produit par rétroaction négative: un nucléotide GMP inhibe les enzymes dans les deux étapes.
Lors de la dégradation métabolique des nucléotides, les bases azotées sont recyclées. Le GMP est formé par l'enzyme hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransférase, transférant un groupe phosribosyle du PRPP à la guanine.
Fonction
Puisque la guanine ne se trouve pas sous sa forme libre, ses fonctions sont associées aux GMP, GDP et GTP. Certains d'entre eux sont mentionnés ci-dessous:
- La guanosine 5'-triphosphate (GTP) agit comme un réservoir d'énergie libre. Le groupe phosphate gamma du GTP peut être transféré à l'adénosine 5'-triphosphate (ADP), pour former l'ATP. Cette réaction est réversible et est catalysée par la nucléoside diphosphate kinase.
- Le GMP est la forme la plus stable du nucléotide contenant de la guanine. Par hydrolyse, le GMP forme le GMP cyclique (cGMP), qui est un deuxième messager lors de la signalisation intracellulaire, dans les voies de traduction. Par exemple, dans les cellules photoréceptrices et chémoréceptrices de l'odorat.
- Le cGMP participe à la relaxation des vaisseaux sanguins du muscle lisse, lors de la biosynthèse de l'oxyde nitrique dans les cellules de l'endothélium.
- L'hydrolyse du phosphate gamma GTP sert de source d'énergie gratuite pour la biosynthèse des protéines dans les ribosomes.
- Les enzymes Hellicase ont besoin de l'énergie gratuite de l'hydrolyse du GTP pour séparer la double hélice d'ADN, pendant la réplication et la transcription de l'ADN.
- Dans les neurones de l'hippocampe, l'action des canaux sodium voltage-dépendants est régulée par l'hydrolyse du GTP en GDP.
Maladies liées
Des niveaux élevés d'acide urique dans le sang et l'urine ont été associés à trois défauts métaboliques différents, que nous verrons ci-dessous.
Syndrome de Lesch-Nyhan
Elle est caractérisée par une carence en HPRT (hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transférase), une enzyme importante pour le recyclage de l'hypoxanthine et de la guanine. Dans ce cas, les taux de PRPP augmentent et l'IMP et le GMP, deux régulateurs importants de l'étape initiale de la synthèse des purines, ne se forment pas. Tout cela favorise la biosynthèse de novo des purines.
Augmentation de l'activité PRPP synthase
Cela produit une augmentation des niveaux de PRPP. Ce métabolite agit comme un activateur de la glutamine PRPP-amidotranférase, responsable de la synthèse de la 5-phosphoribosylamine, augmentant ainsi la biosynthèse de novo des purines.
Syndrome de Von Gierke
Il s'agit d'une maladie liée au stockage du glycogène de type I. Les patients atteints de ce syndrome ont une glucose 6-phosphatase défectueuse. Cela produit une augmentation des niveaux de glucose 6-phosphate, qui sert à la synthèse du ribose 5-phosphate, via le pentose phosphate.
Le ribose 5-phosphate est le métabolite de départ de la biosynthèse du PRPP. Similaire aux deux cas précédents, cela conduit à une augmentation de la biosynthèse de novo des purines.
L'augmentation de l'acide urique dans le sang et l'urine provoque des symptômes communément appelés goutte. Dans le cas du syndrome de Lesch Nyhan, les patients manquent complètement de l'activité de l'enzyme HPRP, entraînant la manifestation d'autres symptômes, notamment la paralysie et le retard mental.
Le gène HPRP est sur le chromosome X. Par conséquent, les mutations de ce gène affectent les hommes. Il n'existe aucun traitement pour traiter les problèmes neurologiques. Les symptômes associés à une augmentation de l'acide urique sont traités par l'allopurinol.
Références
- Dawson, R. et coll. 1986. Données pour la recherche biochimique. Clarendon Press, Oxford.
- Horton, R; Moran, L; Scrimgeour, G; Perry, M. et Rawn, D. 2008. Principes de biochimie. 4e édition. Pearson Education.
- Mathews, Van Holde, Ahern. 2001. Biochimie. 3ème édition.
- Murray, R; Granner, D; Mayes, P. et Rodwell, V. 2003. La biochimie illustrée de Harper. 26e édition. Compagnies McGraw-Hill.
- Nelson, DL et Cox, M. 1994. Lehninger. Principes de biochimie. 4e édition. Ed Omega.
- Sigma-Aldrich. 2019. Fiche chimique de la guanine. Adresse Word Wide Web: sigmaaldrich.com.