The guanosin trifosfat atau guanosin trifosfat (GTP) adalah salah satu dari banyak nukleotida mampu menyimpan fosfat energi bebas yang mudah digunakan untuk beberapa fungsi biologis.
Tidak seperti nukleotida fosfat terkait lainnya, yang biasanya memberikan energi yang diperlukan untuk menjalankan berbagai macam proses dalam konteks seluler yang berbeda, beberapa penulis telah menunjukkan bahwa nukleotida seperti GTP, UTP (uridine triphosphate) dan CTP (cytidine triphosphate) menyediakan energi terutama dalam proses anabolik.
Struktur kimia Guanosine Triphosphate atau GTP (Sumber: Cacycle, via Wikimedia Commons)
Dalam pengertian ini, Atkinson (1977) menunjukkan bahwa GTP memiliki fungsi yang melibatkan aktivasi banyak proses anabolik melalui mekanisme yang berbeda, yang telah dibuktikan baik dalam sistem in vitro maupun in vivo.
Energi yang terkandung dalam ikatannya, terutama antara gugus fosfat, digunakan untuk menggerakkan beberapa proses seluler yang terlibat terutama dalam sintesis. Contohnya adalah sintesis protein, replikasi DNA dan transkripsi RNA, sintesis mikrotubulus, dll.
Struktur
Seperti halnya nukleotida adenin (ATP, ADP, dan AMP), GTP memiliki tiga elemen yang tak terbantahkan sebagai struktur dasarnya:
-Cincin guanin heterosiklik (purin)
- Gula dasar lima karbon, ribosa (cincin furan) dan
-Tiga gugus fosfat terpasang
Gugus fosfat GTP pertama dilekatkan pada karbon 5 'dari gula ribosa dan residu guanin melekat pada molekul ini melalui karbon 1' dari cincin ribofuranosa.
Dalam istilah biokimia, molekul ini adalah guanosine 5'-triphosphate, lebih baik dijelaskan sebagai purine triphosphate atau, dengan nama kimianya, 9-β-D-ribofuranosylguanine-5'-triphosphate.
Perpaduan
GTP dapat disintesis de novo dalam banyak eukariota dari asam inosinat (inosin 5'-monofosfat, IMP), salah satu ribonukleotida yang digunakan untuk sintesis purin, yang merupakan salah satu dari dua jenis basa nitrogen yang mana DNA dan molekul lain dibuat.
Senyawa ini, asam inosinat, merupakan titik cabang penting tidak hanya untuk sintesis purin, tetapi juga untuk sintesis nukleotida fosfat ATP dan GTP.
Sintesis nukleotida guanosin fosfat (GMP, GDP dan GTP: guanosine mono-, di- dan triphosphate, masing-masing) dimulai dengan hidroksilasi yang bergantung pada NAD + dari cincin purin IMP, membentuk senyawa perantara xanthosine monophosphate (XMP) .
Reaksi ini dikatalisis oleh enzim yang dikenal sebagai IMP dehydrogenase, yang diatur secara alosterik oleh GMP.
Gugus amida kemudian ditransfer ke XMP sehingga diproduksi (reaksi bergantung glutamin dan ATP) melalui aksi enzim XMP aminase, di mana molekul guanosin monofosfat atau GMP diproduksi.
Karena nukleotida yang paling aktif pada umumnya adalah nukleotida trifosfat, terdapat enzim yang bertanggung jawab untuk transfer gugus fosfat ke molekul GMP yang dihasilkan dalam rute yang baru saja dijelaskan.
Enzim ini adalah kinase yang bergantung pada ATP (kinase) spesifik yang dikenal sebagai guanylate kinase dan nukleosida difosfokinase.
Dalam reaksi yang dikatalisis oleh guanylate cyclases, ATP bertindak sebagai donor fosfat untuk konversi GMP menjadi PDB dan ATP:
GMP + ATP → GDP + ADP
Nukleotida guanin difosfat (PDB) selanjutnya digunakan sebagai substrat untuk nukleosida difosfokinase, yang juga menggunakan ATP sebagai donor fosfat untuk konversi PDB menjadi GTP:
PDB + ATP → GTP + ADP
Sintesis oleh rute lain
Ada banyak jalur metabolisme seluler yang mampu menghasilkan GTP selain jalur biosintetik de novo. Ini biasanya dilakukan melalui transfer gugus fosfat, yang berasal dari sumber yang berbeda, menuju prekursor GMP dan PDB.
fitur
GTP, sebagai nukleotida fosfat yang dianalogikan dengan ATP, memiliki fungsi yang tak terhitung jumlahnya di tingkat sel:
-Berpartisipasi dalam pertumbuhan mikrotubulus, yang merupakan tabung berongga yang terdiri dari protein yang dikenal sebagai "tubulin" yang polimernya memiliki kemampuan untuk menghidrolisis GTP, yang penting untuk pemanjangan atau pertumbuhannya.
-Ini adalah faktor penting untuk protein G atau protein pengikat GTP, yang berfungsi sebagai mediator dalam berbagai proses transduksi sinyal yang terkait, pada gilirannya, dengan AMP siklik dan kaskade pensinyalannya.
Proses pensinyalan ini menghasilkan komunikasi sel dengan lingkungannya dan organel internalnya satu sama lain, dan terutama penting untuk melaksanakan instruksi yang dikodekan dalam hormon dan faktor penting lainnya pada mamalia.
Contoh dari jalur pensinyalan yang sangat penting bagi sel ini adalah pengaturan enzim adenilat siklase melalui interaksinya dengan protein G.
fitur
GTP memiliki banyak fungsi yang telah dibuktikan melalui percobaan in vitro dalam sistem "bebas sel". Dari eksperimen ini, telah dimungkinkan untuk menunjukkan bahwa ia secara aktif berpartisipasi dalam:
-Protein sintesis pada eukariota (baik untuk inisiasi dan perpanjangan peptida)
-Stimulasi glikosilasi protein
-Sintesis RNA ribosom pada prokariota dan eukariota
-Sintesis fosfolipid, terutama selama sintesis diasilgliserol
Fungsi tertentu
Eksperimen lain, tetapi dalam sistem seluler atau in vivo telah membuktikan partisipasi GTP dalam proses seperti:
-Sporulasi dan aktivasi spora berbagai kelas mikroorganisme, prokariota dan eukariota
-Sintesis RNA ribosom pada eukariota
-Di antara yang lain.
Juga telah diusulkan bahwa kemajuan onkogenik dari sel normal ke sel kanker melibatkan hilangnya kendali atas pertumbuhan dan proliferasi sel, di mana banyak protein pengikat GTP dan protein kinase dengan aktivitas spesifik yang bergantung pada GTP berpartisipasi.
GTP juga memiliki efek stimulasi pada impor protein ke dalam matriks mitokondria, yang secara langsung berhubungan dengan hidrolisisnya (lebih dari 90% protein mitokondria disintesis oleh ribosom di dalam sitosol).
Referensi
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologi Sel Esensial. Abingdon: Ilmu Garland, Taylor & Francis Group.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemistry (edisi ke-3rd). San Francisco, California: Pearson.
- Pall, M. (1985). GTP: Pengatur Sentral Anabolisme Seluler. Dalam B. Horecker & E. Stadtman (Eds.), Topik Saat Ini dalam Peraturan Seluler (Vol. 25, p. 183). Academic Press, Inc.
- Rawn, JD (1998). Biokimia. Burlington, Massachusetts: Penerbit Neil Patterson.
- Sepuri, NB V, Schu, N., & Pain, D. (1998). Hidrolisis GTP Sangat Penting untuk Impor Protein ke Matriks Mitokondria. The Journal of Biological Chemistry, 273 (3), 1420-1424.