- Structure
- Synthèse
- Synthèse par d'autres voies
- Caractéristiques
- Caractéristiques
- Certaines fonctions
- Références
Le guanosine triphosphate ou guanosine triphosphate (GTP) est l'un des nombreux nucléotides capables de stocker de l'énergie sans phosphate facilement utilisable pour de multiples fonctions biologiques.
Contrairement à d'autres nucléotides de phosphate apparentés, qui fournissent généralement l'énergie nécessaire pour exécuter une grande variété de processus dans différents contextes cellulaires, certains auteurs ont montré que des nucléotides tels que GTP, UTP (uridine triphosphate) et CTP (cytidine triphosphate) fournissent de l'énergie principalement dans processus anaboliques.
Structure chimique du triphosphate de guanosine ou GTP (Source: Cacycle, via Wikimedia Commons)
En ce sens, Atkinson (1977) suggère que le GTP a des fonctions qui impliquent l'activation de nombreux processus anaboliques par différents mécanismes, ce qui a été démontré à la fois dans les systèmes in vitro et in vivo.
L'énergie contenue dans ses liaisons, notamment entre les groupements phosphate, est utilisée pour piloter certains processus cellulaires impliqués notamment dans la synthèse. Des exemples en sont la synthèse des protéines, la réplication de l'ADN et la transcription de l'ARN, la synthèse des microtubules, etc.
Structure
Comme pour les nucléotides adénine (ATP, ADP et AMP), le GTP a trois éléments indiscutables comme structure de base:
-Un cycle guanine hétérocyclique (purine)
-Un sucre à base de cinq carbones, du ribose (anneau de furane) et
-Trois groupes phosphate attachés
Le premier groupe phosphate de GTP est attaché au carbone 5 'du sucre ribose et le résidu guanine est attaché à cette molécule par le carbone 1' du cycle ribofuranose.
En termes biochimiques, cette molécule est un guanosine 5'-triphosphate, mieux décrit comme un purine triphosphate ou, avec son nom chimique, 9-β-D-ribofuranosylguanine-5'-triphosphate.
Synthèse
Le GTP peut être synthétisé de novo dans de nombreux eucaryotes à partir de l'acide inosinique (inosine 5'-monophosphate, IMP), l'un des ribonucléotides utilisés pour la synthèse des purines, qui sont l'un des deux types de bases azotées dont L'ADN et d'autres molécules sont constitués.
Ce composé, l'acide inosinique, est un point de ramification important non seulement pour la synthèse des purines, mais aussi pour la synthèse des nucléotides phosphates ATP et GTP.
La synthèse des nucléotides de phosphate de guanosine (GMP, GDP et GTP: guanosine mono-, di- et triphosphate, respectivement) commence par l'hydroxylation dépendant du NAD + du cycle purine de l'IMP, formant le composé intermédiaire xanthosine monophosphate (XMP).
Cette réaction est catalysée par une enzyme connue sous le nom d'IMP déshydrogénase, qui est régulée allostériquement par GMP.
Un groupement amide est ensuite transféré au XMP ainsi produit (réaction dépendante de la glutamine et de l'ATP) par l'action de l'enzyme XMP aminase, où une molécule de guanosine monophosphate ou GMP est produite.
Etant donné que les nucléotides les plus actifs sont, en général, les nucléotides triphosphates, il existe des enzymes responsables du transfert de groupes phosphate vers des molécules GMP qui sont générées dans la voie qui vient d'être décrite.
Ces enzymes sont des kinases (kinases) dépendant de l'ATP spécifiques connues sous le nom de guanylate kinases et nucléoside diphosphokinases.
Dans la réaction catalysée par les guanylate cyclases, l'ATP agit comme un donneur de phosphate pour la conversion des GMP en GDP et ATP:
GMP + ATP → PIB + ADP
Le nucléotide diphosphate de guanine (GDP) est ensuite utilisé comme substrat pour une nucléoside diphosphokinase, qui utilise également l'ATP comme donneur de phosphate pour la conversion du PIB en GTP:
PIB + ATP → GTP + ADP
Synthèse par d'autres voies
Il existe de nombreuses voies métaboliques cellulaires capables de produire du GTP autres que la voie de biosynthèse de novo. Celles-ci le font généralement par le transfert de groupes phosphate, provenant de différentes sources, vers les précurseurs GMP et GDP.
Caractéristiques
Le GTP, en tant que phosphate nucléotidique analogue à l'ATP, a d'innombrables fonctions au niveau cellulaire:
-Participe à la croissance des microtubules, qui sont des tubes creux composés d'une protéine appelée «tubuline» dont les polymères ont la capacité d'hydrolyser le GTP, ce qui est essentiel pour son allongement ou sa croissance.
-C'est un facteur essentiel pour les protéines G ou protéines de liaison au GTP, qui fonctionnent comme des médiateurs dans divers processus de transduction du signal qui sont liés, à leur tour, à l'AMP cyclique et à ses cascades de signalisation.
Ces processus de signalisation entraînent la communication de la cellule avec son environnement et de ses organites internes entre eux, et sont particulièrement importants pour exécuter les instructions codées en hormones et autres facteurs importants chez les mammifères.
Un exemple de ces voies de signalisation d'une grande importance pour la cellule est la régulation de l'enzyme adénylate cyclase par son interaction avec une protéine G.
Caractéristiques
Le GTP a de nombreuses fonctions qui ont été démontrées par des expériences in vitro dans des systèmes «sans cellule». À partir de ces expériences, il a été possible de démontrer qu'il participe activement à:
-Synthèse de protéines chez les eucaryotes (à la fois pour l'initiation et l'élongation des peptides)
-Stimulation de la glycosylation des protéines
-La synthèse de l'ARN ribosomal chez les procaryotes et les eucaryotes
-La synthèse des phospholipides, notamment lors de la synthèse du diacylglycérol
Certaines fonctions
D'autres expériences, mais dans des systèmes cellulaires ou in vivo, ont prouvé la participation du GTP à des processus tels que:
-Sporulation et activation des spores de différentes classes de microorganismes, procaryotes et eucaryotes
-Synthèse de l'ARN ribosomal chez les eucaryotes
-Entre autres.
Il a également été proposé que la progression oncogène des cellules normales vers les cellules cancéreuses implique une perte de contrôle sur la croissance et la prolifération cellulaire, à laquelle participent de nombreuses protéines de liaison au GTP et des protéines kinases ayant une activité spécifique dépendante du GTP.
Le GTP a également des effets stimulants sur l'importation de protéines dans la matrice mitochondriale, qui est directement liée à son hydrolyse (plus de 90% des protéines mitochondriales sont synthétisées par les ribosomes dans le cytosol).
Références
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Biologie cellulaire essentielle. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., et Ahern, K. (2000). Biochemistry (3e éd.). San Francisco, Californie: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: un régulateur central de l'anabolisme cellulaire. Dans B. Horecker et E. Stadtman (Eds.), Current Topics in Cellular Regulation (Vol. 25, p. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biochimie. Burlington, Massachusetts: Éditeurs Neil Patterson.
- Sepuri, NB V, Schu, N., et Pain, D. (1998). L'hydrolyse du GTP est essentielle pour l'importation de protéines dans la matrice mitochondriale. Le Journal of Biological Chemistry, 273 (3), 1420–1424.