Guanina: caractéristiques, structure, formation et fonctions

La guanine est une base azotée utilisée pour la biosynthèse du guanylate 5'-monophosphate et du désoxyguanilate 5'-monophosphate. 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 formés de nucléotides, qui sont constitués d'une base azotée liée à un sucre et à un groupe phosphate.

En plus de faire partie des acides nucléiques, la guanine, sous ses formes nucléosidiques de 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, qui consiste en un système de deux cycles joints: un cycle est la pyrimidine et l'autre est l'imidazole.

Le cycle hétérocyclique de la guanine est plat et comporte 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 guanina sont les suivantes:

- La guanine est une substance apolaire. Il est insoluble dans l’eau, mais soluble dans les solutions concentrées d’acides forts ou de bases fortes.

- Il peut être isolé sous forme de solide blanc, de formule brute C ₅ H ₅ N ₅ O et de poids moléculaire 151, 3 g / mol.

- La propriété d'absorption de la lumière à 260 nm d'ADN 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 de C-2 sont des donneurs de liaison hydrogène.

Pour cette raison, il faut plus d’énergie pour rompre un lien entre une guanine et une cytosine que pour une adénine avec une thymine, puisque cette dernière paire n’est liée que par deux liaisons hydrogène.

- Dans la cellule, il fait toujours partie des acides nucléiques ou en tant que GMP, GDP et GTP, jamais sous sa forme libre.

Biosynthèse

La molécule de guanine, comme les autres purines, est synthétisée de novo à partir de 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP), par le biais de réactions catalysées par des enzymes.

La première étape consiste à ajouter un groupe amino, de la glutamine, au PRPP et à la formation de la 5-phosphoribosylamine (PRA).

Ensuite, 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, on utilise l'énergie libre d'hydrolyse de l'ATP (adénosine 5'-triphosphate) produisant de l'ADP (adénosine 5'-diphosphate) et du Pi (phosphate inorganique).

Une oxydation de l'IMP dépend de NAD + (nicotinamide dinucléotide et adénine), elle produit la xanthine 5'-monophosphate (XMP). L'addition ultérieure d'un groupe amino au XMP produit la molécule de guanylate.

La régulation de la biosynthèse du guanilate est effectuée au début de la formation de l'ARP et à la fin de l'oxydation de l'IMP. La régulation se fait par rétroaction négative: un nucléotide GMP inhibe les enzymes aux 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 fosribosyle du PRPP à la guanine.

Fonction

Comme la guanine ne se trouve pas dans sa forme libre, ses fonctions sont associées à GMP, GDP et GTP. En voici quelques unes:

- La guanosine 5'-triphosphate (GTP) agit comme un réservoir d'énergie libre. Le groupe gamma phosphate du GTP peut être transféré à l'adénosine 5'-triphosphate (ADP) pour former de l'ATP. Cette réaction est réversible et est catalysée par la nucléoside diphosphate kinase.

- GMP est la forme la plus stable du nucléotide qui contient de la guanine. Par hydrolyse, le GMP forme du GMP cyclique (GMPc), qui est un deuxième messager lors de la signalisation intracellulaire, dans les voies de traduction. Par exemple, dans les cellules odorantes du photorécepteur et du chimiorécepteur.

- Le GMPc participe à la relaxation des vaisseaux sanguins du muscle lisse, lors de la biosynthèse de l'oxyde nitrique dans les cellules endothéliales.

- L'hydrolyse du gamma phosphate GTP sert de source d'énergie libre pour la biosynthèse des protéines chez les ribosomes.

- Les enzymes hélicases ont besoin de l'énergie libre de l'hydrolyse du GTP pour séparer la double hélice de l'ADN, lors de la réplication et de la transcription de l'ADN.

- Dans les neurones de l'hippocampe, l'action des canaux sodiques dépendants de la tension est régulée par l'hydrolyse du GTP en GDP.

Maladies connexes

Les taux élevés d'acide urique dans le sang et dans l'urine ont été associés à trois défauts métaboliques différents, que nous verrons ci-dessous.

Syndrome de Lesch-Nyhan

Elle se caractérise par la carence en HPRT (hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransférase), une enzyme importante pour le recyclage de l'hypoxanthine et de la guanine. Dans ce cas, il augmente les niveaux de PRPP et ne forme pas IMP et GMP, deux régulateurs importants du stade initial de la synthèse des purines. Tout cela favorise la biosynthèse de novo des purines.

Augmentation de l'activité de la synthase PRPP

Cela entraîne une augmentation des niveaux de RPAC. Ce métabolite agit comme activateur de la glutamine PRPP-amidotransférase, responsable de la synthèse de la 5-phosphoribosylamine, augmentant la biosynthèse de novo des purines.

Syndrome de von Gierke

C'est 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 taux 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. Comme dans les 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 couramment appelés goutte. Dans le cas du syndrome de Lesch Nyhan, l'activité de l'enzyme HPRP est complètement absente chez les patients, ce qui entraîne la manifestation d'autres symptômes, notamment une paralysie et un retard mental.

Le gène HPRP est situé sur le chromosome X. Par conséquent, les mutations de ce gène affectent les hommes. Il n'y a pas de traitement pour traiter les problèmes neurologiques. Les symptômes associés à une augmentation de l’acide urique sont traités à l’allopurinol.