Guanina: características, estrutura, treinamento e funções

A guanina é uma base nitrogenada utilizada para a biossíntese de guanilato 5'-monofosfato e desoxiguanilato 5'-monofosfato. Ambas as substâncias fazem parte, respectivamente, do RNA e do DNA, que armazenam a informação genética das células.

O ácido ribonucleico (RNA) e o ácido desoxirribonucleico (DNA) são formados por nucleotídeos, que são constituídos por uma base nitrogenada ligada a um açúcar e um grupo fosfato.

Além de fazer parte de ácidos nucléicos, a guanina, em suas formas de nucleosídeo monofosfato, difosfato e trifosfatos (GMP, GDP e GTP), participa de processos como o metabolismo energético, tradução intracelular de sinais, fisiologia de fotorreceptores. e a fusão de vesículas.

Estrutura química

A estrutura química da guanina (2-amino-6-hidroxipurina) é um anel purínico heterocíclico, que consiste em um sistema de dois anéis unidos: 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.

Funcionalidades

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 C ₅ H ₅ N ₅ O, e peso molecular 151, 3 g / mol.

- A propriedade de absorver luz a 260 nm de DNA é devida, em parte, à estrutura química da guanina.

- No DNA, a guanina forma três pontes de hidrogênio. O grupo carbonilo C-6 é um aceitador de ligação de hidrogênio, o grupo N-1 e o grupo amino de C-2 são doadores de ligação de hidrogênio.

Por esta razão, mais energia é necessária para quebrar uma ligação entre uma guanina e uma citosina, do que a de uma adenina com uma timina, já que este último par é ligado por apenas duas ligações de hidrogênio.

- Na célula, é sempre parte dos ácidos nucléicos ou como GMP, GDP e GTP, nunca em sua forma livre.

Biossíntese

A molécula de guanina, como outras purinas, é sintetizada de novo a partir de 5-fosforribosil-1-pirofosfato (PRPP), através de reações catalisadas por enzimas.

O primeiro passo é a adição de um grupo amino, da glutamina, ao PRPP e à 5-fosforribosilamina (PRA).

Subsequentemente, numa sequência ordenada, ocorre a adição de glicina, aspartato, glutamina, formato e dióxido de carbono à PRA. Desta forma, um metabólito intermediário chamado inosina 5'-monofosfato (IMP) é formado.

Durante esse processo, utiliza-se a energia livre da hidrólise de ATP (adenosina 5'-trifosfato), que produz ADP (adenosina 5'-difosfato) e Pi (fosfato inorgânico).

Uma oxidação do PIM depende do NAD + (nicotinamida dinucleotídeo e adenina), produz xantina 5'-monofosfato (XMP). A adição subsequente de um grupo amino ao XMP produz a molécula de guanilato.

A regulação da biossíntese do guanilato é realizada no início, quando a PRA é formada e, no final, quando ocorre a oxidação do PIM. A regulação ocorre através de feedback negativo: um nucleotídeo GMP inibe as 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.

Função

Como a guanina não é encontrada em sua forma livre, suas funções estão associadas a GMP, GDP e GTP. Aqui estão alguns deles:

- Guanosina 5'-trifosfato (GTP) atua como um reservatório de energia livre. O grupo fosfato gama do 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 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 olfato.

- O cGMP participa do relaxamento dos vasos sangüíneos do músculo liso, durante a biossíntese do óxido nítrico nas células endoteliais.

- A hidrólise do fosfato gama GTP serve como fonte de energia livre para a biossíntese de proteínas em ribossomos.

- As enzimas helicases precisam da 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 voltagem-dependentes é regulada pela hidrólise do GTP em relação ao GDP.

Doenças relacionadas

Os altos níveis de ácido úrico no sangue e na urina foram associados a três diferentes defeitos metabólicos, que veremos abaixo.

Síndrome de Lesch-Nyhan

É caracterizada pela deficiência de HPRT (hipoxantina-guanina fosforibosiltransferase), uma enzima importante para a reciclagem de hipoxantina e guanina. Neste caso, aumenta os níveis de PRPP e não forma IMP e GMP, dois importantes reguladores da fase inicial da síntese de purinas. Tudo isso favorece a biossíntese de novo das purinas.

Atividade da PRPP sintase aumentada

Isso produz um aumento nos níveis de PRPP. Este metabólito atua como ativador da glutamina PRPP-amidotransferase, responsável pela síntese de 5-fosforribosilamina, aumentando a biossíntese de novo das purinas.

Síndrome de Von Gierke

É uma doença relacionada ao armazenamento de glicogênio tipo I. Pacientes com esta síndrome apresentam glicose 6-fosfatase deficiente. Isso produz um aumento nos níveis de 6-fosfato de glicose, que serve para a síntese de ribose 5-fosfato, via pentose fosfato.

A ribose 5-fosfato é o metabolito inicial para a biossíntese do PRPP. Semelhante aos dois casos anteriores, isso leva a um aumento na biossíntese de novo das purinas.

O aumento do ácido úrico no sangue e na urina causa sintomas que são comumente conhecidos como gota. No caso da síndrome de Lesch Nyhan, os pacientes carecem completamente da atividade da enzima HPRP, o que leva à manifestação de outros sintomas que incluem paralisia e retardo mental.

O gene HPRP está localizado no cromossomo X. Portanto, mutações nesse gene afetam os machos. Não há tratamento para tratar problemas neurológicos. Os sintomas associados ao aumento do ácido úrico são tratados com alopurinol.