Guanine

Guanine je důležitá dusíkatá báze a má zásadní význam pro metabolismus nukleových kyselin v organismu. Může být syntetizován v těle z aminokyselin. Vzhledem k vysokému energetickému výdaji této reakce se však často získává prostřednictvím záchranné cesty.

Co je guanin?

Guanin je jednou z pěti dusíkatých bází, které hrají klíčovou roli ve struktuře DNA a RNA. Je také základní složkou jiných fyziologicky důležitých molekul, jako je guanisintrifosfát (GTP).

Guanin je purinová báze, jejíž základní chemická struktura sestává z heterocyklického aromatického kruhu tvořeného šesti atomy a připojeného pětičlenného kruhu. V těle se obvykle vyskytuje jako mononukleotid s ribózou nebo deoxyribózou a fosfátovým zbytkem. Kromě ATP je mononukleotidový GTP energetickým zásobníkem v souvislosti s energetickým metabolismem. Ve dvojité spirále DNA je guanin spojen s komplementárním cytosinem dusíkové báze třemi vodíkovými vazbami.

Protože tvorba volného guaninu je velmi energeticky náročná, je získávána z nukleových kyselin v těle štěpením (cesta záchrany) a znovu použita ve formě mononukleotidu pro syntézu nukleových kyselin. V těle se rozkládá na kyselinu močovou. Guanine je lehce nažloutlá pevná látka s teplotou tání 365 stupňů. Taje s rozkladem. Je nerozpustný ve vodě, ale může být rozpuštěn v kyselinách a zásadách.

Funkce, efekt a úkoly

Guanin je součástí nukleových kyselin a různých nukleotidů a nukleosidů. Jako důležitá nukleobáze je jednou z centrálních molekul všech organismů.

Tvoří genetický kód s dalšími třemi nukleobázami adeninem, cytosinem a thyminem. Podobně je glykosidicky vázán na cukr deoxyribózu v DNA. Tři po sobě jdoucí nukleobázy kódují každou aminokyselinu jako tzv. Kodon. Několik kodonů tedy kóduje protein jako řetěz po sobě jdoucích aminokyselin. Genetický kód je uložen v DNA. Uvnitř dvojité šroubovice DNA je komplementární řetězec s příslušnými komplementárními nukleobázami. Je vázán na kodonogenní řetězec vodíkovou vazbou a je zodpovědný za stabilitu genetické informace.

V RNA hraje guanin spolu s ostatními nukleobázami důležitou roli v syntéze proteinů. Nukleosidy guanisin a deoxyguanisin jsou také důležitými meziprodukty v metabolismu. Nukleotidy guanisin monofosfát (GMP), guanisin difosfát (GDP) a guanisin trifosfát (GTP) jsou kromě ATP a ADP také odpovědné za energetický metabolismus. Nukleotidy DNA se také vyskytují jako meziprodukty v metabolismu.

Vzdělávání, výskyt, vlastnosti a optimální hodnoty

Guanin má zásadní význam v metabolismu všech organismů. Protože je součástí nukleových kyselin, vyskytuje se také volně jako meziprodukt metabolismu. V lidském organismu může být syntetizován z aminokyselin. Biosyntéza je však velmi energeticky náročná.

Je tedy izolován z nukleových kyselin ve formě nukleotidů cestou záchrany. V záchranné cestě jsou volné purinové báze, jako je adenin, guanin a hypoxanthin, vystřiženy z existujících nukleových kyselin a vznikají nové mononukleotidy. Tento proces je mnohem energeticky účinnější než nová syntéza guaninu a jeho mononukleotidu. Mononukleotid se znovu použije pro syntézu nukleových kyselin. Záchranná cesta tedy představuje proces recyklace: Když se guanin rozkládá, produkuje se kyselina močová prostřednictvím meziproduktu xanthinu.

Rozklad purinů v těle je hlavním zdrojem kyseliny močové. U ptáků, plazů a netopýrů je guanin kromě kyseliny močové důležitým produktem pro vylučování dusíku. Protože tento pastovitý produkt obsahuje málo vody a lze jej špatně použít pouze k výrobě energie, vylučuje se zejména přímo u ptáků a netopýrů. Protože se při vylučování celková hmota snižuje, zlepšuje se schopnost těchto zvířat létat. Vylučovaný guanin tvoří tzv. Guano, zejména na vápenatých půdách po zvětrávání. Guano je velmi cenné hnojivo bohaté na fosfor a dusík.

Zde najdete své léky

Nemoci a poruchy

Pokud je metabolismus guaninu narušen, mohou nastat zdravotní problémy. Pokud je například enzym hypoxanthin guanin-fosforibosyltransferáza (HGPRT) vadný, cesta pro záchranu je narušena. Z toho se vyvine tzv. Lesch-Nyhanův syndrom.

Při tomto onemocnění je izolace mononukleotidů guaninsinu z nukleových kyselin nedostatečná. Spíše dochází ke zvýšenému rozkladu guaninu. V těle se vytváří velké množství kyseliny močové. Proto je toto onemocnění známé také jako hyperurikemický syndrom. Ve vážných případech dochází k autoaggresi, kognitivnímu poškození a dokonce k zahraniční agresi. Pacienti se často zraní. Chlapci jsou většinou postiženi, protože autozomálně recesivní onemocnění je způsobeno genovou mutací na chromozomu X.

U dívek by mutace měla ovlivnit oba chromozomy X, ale k tomu dochází jen zřídka. Pokud je Lesch-Nyhanův syndrom ponechán bez léčby, děti umírají v dětství. Rozklad guaninu lze potlačit pomocí léků a speciální stravy. Symptomy tak mohou být částečně zmírněny. Bohužel, Lesch-Nyhanův syndrom nelze léčit kauzálně. Hyperurikémie může také nastat v souvislosti s jinými nemocemi nebo jinými genetickými defekty. Primární hyperurikémie je jedno procento genetické a 99 procent je způsobeno sníženou exkrecí kyseliny močové ledvinami.

Existují také sekundární formy hyperurikémie. Například nemoci, které jsou spojeny se zvýšeným poškozením buněk, jako je leukémie nebo některá onemocnění krve, mohou produkovat více purinů, a tím i kyseliny močové. Léky nebo alkoholismus mohou také vést k poruchám metabolismu purinů. V důsledku zvýšené koncentrace kyseliny močové mohou nastat záchvaty dny v důsledku precipitace kyseliny močové v kloubech. Léčba zahrnuje dietu s nízkým obsahem purinu, a proto také s nízkým obsahem guaninu.