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 a fusão das vesículas.
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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 anel 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..
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 isso, 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, é sempre encontrado como parte de ácidos nucléicos ou como GMP, GDP e GTP, nunca em sua forma livre..
A molécula de guanina, como outras purinas, é sintetizada de novo a partir de 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, a energia livre é utilizada a partir 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 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, transferindo um grupo fosribosil do PRPP para a guanina.
Como a guanina não é encontrada em sua forma livre, suas funções estão associadas a GMP, GDP e GTP. Alguns deles são mencionados abaixo:
- A 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 cheiro.
- CGMP participa do relaxamento dos vasos sanguíneos do músculo liso durante a biossíntese de óxido nítrico em células endoteliais.
- A hidrólise de GTP gama fosfato serve como uma fonte de energia livre para a biossíntese de proteínas em ribossomos.
- As enzimas helicase requerem 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..
Níveis elevados de ácido úrico no sangue e na urina foram associados a três defeitos metabólicos diferentes, que veremos a seguir..
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.
Isso produz um aumento nos níveis de PRPP. Este metabólito atua como um ativador da glutamina PRPP-amidotransferase, que é responsável pela síntese da 5-fosforibosilamina, aumentando a biossíntese de novo purinas.
É uma doença relacionada ao armazenamento de glicogênio tipo I. Pacientes com essa síndrome têm 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.
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