و ثلاثي فسفات أو ثلاثي فسفات (GTP) هي واحدة من العديد من النيوكليوتيدات قادرة على تخزين الفوسفات الطاقة الحرة التي يمكن استخدامها بسهولة لوظائف البيولوجية متعددة.
على عكس نيوكليوتيدات الفوسفات الأخرى ذات الصلة ، والتي عادةً ما توفر الطاقة اللازمة لتنفيذ مجموعة متنوعة من العمليات في سياقات خلوية مختلفة ، أظهر بعض المؤلفين أن النيوكليوتيدات مثل GTP و UTP (يوريدين ثلاثي الفوسفات) و CTP (سيتيدين ثلاثي الفوسفات) توفر الطاقة بشكل أساسي في عمليات الابتنائية.
التركيب الكيميائي لـ Guanosine Triphosphate أو GTP (المصدر: Cacycle ، عبر ويكيميديا كومنز)
بهذا المعنى ، يقترح Atkinson (1977) أن GTP لها وظائف تنطوي على تنشيط العديد من عمليات الابتنائية من خلال آليات مختلفة ، والتي تم إثباتها في كل من الأنظمة المختبرية والحيوية.
تُستخدم الطاقة الموجودة في روابطها ، خاصة بين مجموعات الفوسفات ، لدفع بعض العمليات الخلوية التي تشارك بشكل خاص في التخليق. ومن الأمثلة على ذلك تخليق البروتين وتكرار الحمض النووي ونسخ الحمض النووي الريبي وتخليق الأنابيب الدقيقة وما إلى ذلك.
بناء
كما هو الحال بالنسبة لنيوكليوتيدات الأدينين (ATP و ADP و AMP) ، تحتوي GTP على ثلاثة عناصر لا جدال فيها كهيكلها الأساسي:
- حلقة جوانين حلقية غير متجانسة (بيورين)
- سكر أساس بخمسة كربون ، ريبوز (حلقة فوران) و
- ثلاث مجموعات فوسفاتية مرفقة
يتم ربط مجموعة الفوسفات الأولى من GTP بـ 5 'كربون من سكر الريبوز ويتم ربط بقايا الجوانين بهذا الجزيء من خلال 1' كربون من حلقة الريبوفورانوز.
من الناحية الكيميائية الحيوية ، هذا الجزيء هو غوانوزين 5-ثلاثي الفوسفات ، موصوف بشكل أفضل على أنه ثلاثي فوسفات البيورين أو ، باسمه الكيميائي ، 9-β-D-ribofuranosylguanine-5'-triphosphate.
نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة
يمكن تصنيع GTP في العديد من حقيقيات النوى من حمض الإينوزينيك (إينوزين 5-أحادي الفوسفات ، IMP) ، أحد ريبونوكليوتيدات المستخدمة في تخليق البيورينات ، والتي تعد أحد نوعي القواعد النيتروجينية التي يتكون الحمض النووي والجزيئات الأخرى.
هذا المركب ، حمض الإينوزينيك ، هو نقطة تفرع مهمة ليس فقط لتخليق البيورينات ، ولكن أيضًا لتخليق نيوكليوتيدات الفوسفات ATP و GTP.
يبدأ تخليق نيوكليوتيدات فوسفات الغوانوزين (GMP ، الناتج المحلي الإجمالي و GTP: أحادي الفوسفات ، ثنائي وثلاثي الفوسفات ، على التوالي) بـ NAD + الهيدروكسيل المعتمد على حلقة البيورين من IMP ، مكونًا المركب الوسيط أحادي الفوسفات الزانثوزين (XMP).
يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم يُعرف باسم نازعة الهيدروجين IMP ، والذي يتم تنظيمه بشكل خافت بواسطة GMP.
يتم بعد ذلك نقل مجموعة الأميد إلى XMP وبالتالي يتم إنتاجها (تفاعل يعتمد على الجلوتامين و ATP) من خلال عمل إنزيم أميناز XMP ، حيث يتم إنتاج جزيء من أحادي الفوسفات أو GMP.
نظرًا لأن النيوكليوتيدات الأكثر نشاطًا هي بشكل عام نيوكليوتيدات ثلاثي الفوسفات ، فهناك إنزيمات مسؤولة عن نقل مجموعات الفوسفات إلى جزيئات GMP التي يتم إنشاؤها في المسار الموصوف للتو.
هذه الإنزيمات هي كينازات معينة تعتمد على ATP (كينازات) تُعرف باسم كينازات الجوانيلات و nucleoside diphosphokinases.
في التفاعل المحفز بواسطة cyclases guanylate ، يعمل ATP كمانح للفوسفات لتحويل GMP إلى الناتج المحلي الإجمالي و ATP:
GMP + ATP → الناتج المحلي الإجمالي + ADP
يتم استخدام نيوكليوتيد الغوانين ثنائي الفوسفات (GDP) لاحقًا كركيزة لـ nucleoside diphosphokinase ، والذي يستخدم أيضًا ATP كمانح للفوسفات لتحويل الناتج المحلي الإجمالي إلى GTP:
الناتج المحلي الإجمالي + ATP → GTP + ADP
التوليف من خلال طرق أخرى
هناك العديد من مسارات التمثيل الغذائي الخلوي القادرة على إنتاج GTP بخلاف مسار de novo الحيوي. وعادة ما يتم ذلك من خلال نقل مجموعات الفوسفات القادمة من مصادر مختلفة نحو سلائف GMP والناتج المحلي الإجمالي.
المميزات
GTP ، باعتباره فوسفات نيوكليوتيد مشابه لـ ATP ، له وظائف لا حصر لها على المستوى الخلوي:
- يشارك في نمو الأنابيب الدقيقة ، وهي عبارة عن أنابيب مجوفة تتكون من بروتين يعرف باسم "توبولين" الذي تتمتع بوليمراته بالقدرة على التحلل المائي لـ GTP ، وهو أمر ضروري لاستطالة أو نموه.
-يعتبر عاملاً أساسيًا لبروتينات G أو بروتينات ربط GTP ، والتي تعمل كوسيط في عمليات نقل الإشارة المختلفة المرتبطة بدورها بـ AMP الدوري وتسلسلات الإشارات الخاصة به.
تؤدي عمليات الإشارات هذه إلى اتصال الخلية ببيئتها وعضياتها الداخلية مع بعضها البعض ، وهي مهمة بشكل خاص لتنفيذ التعليمات المشفرة في الهرمونات وعوامل مهمة أخرى في الثدييات.
ومن الأمثلة على مسارات الإشارات هذه ذات الأهمية الكبيرة للخلية تنظيم إنزيم adenylate cyclase من خلال تفاعله مع بروتين G.
المميزات
يحتوي GTP على العديد من الوظائف التي تم إثباتها من خلال التجارب المخبرية في الأنظمة "الخالية من الخلايا". من خلال هذه التجارب كان من الممكن إثبات أنها تشارك بنشاط في:
- تخليق البروتين في حقيقيات النوى (لبدء واستطالة الببتيدات)
- تحفيز البروتين بالجليكوزيل
- تخليق RNA الريبوسوم في بدائيات النوى وحقيقيات النوى
- تخليق الفسفوليبيدات ، خاصة أثناء تخليق دياسيل جلسرين
وظائف معينة
أثبتت التجارب الأخرى ، ولكن في الأنظمة الخلوية أو في الجسم الحي ، مشاركة GTP في عمليات مثل:
- تكوين وتنشيط جراثيم الفئات المختلفة من الكائنات الحية الدقيقة ، بدائيات النوى وحقيقيات النوى
- تخليق RNA الريبوسوم في حقيقيات النوى
-من بين أمور أخرى.
كما تم اقتراح أن تقدم الأورام السرطانية من الخلايا الطبيعية إلى الخلايا السرطانية ينطوي على فقدان السيطرة على نمو الخلايا وتكاثرها ، حيث يشارك العديد من البروتينات المرتبطة بـ GTP وكينازات البروتين مع نشاط معين يعتمد على GTP.
لدى GTP أيضًا تأثيرات محفزة على استيراد البروتينات إلى مصفوفة الميتوكوندريا ، والتي ترتبط ارتباطًا مباشرًا بتحللها المائي (يتم تصنيع أكثر من 90 ٪ من بروتينات الميتوكوندريا بواسطة الريبوسومات في العصارة الخلوية).
المراجع
- ألبرتس ، ب ، دينيس ، ب ، هوبكن ، ك ، جونسون ، أ ، لويس ، جيه ، راف ، إم ،… والتر ، ب. (2004). بيولوجيا الخلية الأساسية. أبينجدون: جارلاند ساينس ، مجموعة تايلور وفرانسيس.
- ماثيوز ، سي ، فان هولدي ، ك ، وأهيرن ، ك. (2000). الكيمياء الحيوية (الطبعة الثالثة). سان فرانسيسكو ، كاليفورنيا: بيرسون.
- بال ، م (1985). GTP: منظم مركزي للخلوية الابتنائية. في B. Horecker & E. Stadtman (محرران) ، الموضوعات الحالية في التنظيم الخلوي (المجلد. 25 ، ص.183). الصحافة الأكاديمية ، وشركة
- رون ، دينار (1998). الكيمياء الحيوية. برلنغتون ، ماساتشوستس: نيل باترسون للنشر.
- Sepuri، NB V، Schu، N.، & Pain، D. (1998). التحلل المائي GTP ضروري لاستيراد البروتين إلى مصفوفة الميتوكوندريا. مجلة الكيمياء البيولوجية ، 273 (3) ، 1420-1424.