Guanine

Guanine is een belangrijke stikstofbase en is van centraal belang voor de nucleïnezuurstofwisseling in het organisme. Het kan in het lichaam worden gesynthetiseerd uit aminozuren. Vanwege het hoge energieverbruik van deze reactie wordt deze echter vaak teruggewonnen via de bergingsroute.

Wat is guanine?

Guanine is een van de vijf stikstofbasen die een sleutelrol spelen in de structuur van DNA en RNA. Het is ook een basiscomponent van andere fysiologisch belangrijke moleculen zoals guanisinetrifosfaat (GTP).

Guanine is een purinebase waarvan de chemische basisstructuur bestaat uit een heterocyclische aromatische ring die bestaat uit zes atomen en een daaraan vastgemaakte vijfledige ring. In het lichaam komt het meestal voor als een mononucleotide met ribose of deoxyribose en een fosfaatresidu. Naast ATP is het mononucleotide GTP een energieopslag in de context van energiemetabolisme. In de dubbele helix van DNA is guanine via drie waterstofbruggen verbonden met de complementaire stikstofbase cytosine.

Omdat de vorming van vrij guanine zeer energie-intensief is, wordt het in het lichaam teruggewonnen uit de nucleïnezuren door afsplitsing (salvage pathway) en opnieuw gebruikt in de vorm van een mononucleotide voor nucleïnezuursynthese. Het wordt in het lichaam afgebroken tot urinezuur. Guanine is een ietwat gelig uitziende vaste stof met een smeltpunt van 365 graden. Het smelt bij ontbinding. Het is onoplosbaar in water, maar kan worden opgelost in zuren en logen.

Functie, effect en taken

Guanine maakt deel uit van nucleïnezuren en verschillende nucleotiden en nucleosiden. Als belangrijke nucleobase is het een van de centrale moleculen van alle organismen.

Het vormt de genetische code met de andere drie nucleobasen adenine, cytosine en thymine. Net als deze is het glycosidisch gebonden aan de suikerdeoxyribose in DNA. Drie opeenvolgende nucleobasen coderen elk voor één aminozuur als een zogenaamd codon. Verschillende codons coderen dus een eiwit als een keten van opeenvolgende aminozuren. De genetische code wordt opgeslagen in het DNA. Binnen de dubbele helix van het DNA bevindt zich een complementaire keten met de respectievelijke complementaire nucleobasen. Het is door waterstofbinding verbonden met de codonogene keten en is verantwoordelijk voor de stabiliteit van de genetische informatie.

Binnen het RNA speelt guanine, samen met de andere nucleobasen, een belangrijke rol bij de eiwitsynthese. De nucleosiden guanisine en deoxyguanisine zijn ook belangrijke tussenproducten bij het metabolisme. Verder zijn de nucleotiden guanisinemonofosfaat (GMP), guanisinedifosfaat (GDP) en guanisinetrifosfaat (GTP) naast ATP en ADP verantwoordelijk voor het energiemetabolisme. De nucleotiden van DNA komen ook voor als tussenverbindingen in de stofwisseling.

Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden

Guanine speelt een centrale rol in de stofwisseling van alle organismen. Omdat het deel uitmaakt van de nucleïnezuren, komt het ook vrijelijk voor als tussenproduct van het metabolisme. In het menselijk organisme kan het worden gesynthetiseerd uit aminozuren. De biosynthese is echter zeer energie-intensief.

Het wordt daarom teruggewonnen uit de nucleïnezuren in de vorm van een nucleotide via de salvage pathway. In de bergingsroute worden vrije purinebasen zoals adenine, guanine en hypoxanthine verwijderd uit bestaand nucleïnezuur en worden nieuwe mononucleotiden gevormd. Dit proces is veel energiezuiniger dan de nieuwe synthese van guanine en zijn mononucleotide. Het mononucleotide wordt opnieuw gebruikt voor nucleïnezuursynthese. De bergingsroute vertegenwoordigt dus een recyclingproces: wanneer guanine wordt afgebroken, wordt urinezuur geproduceerd via het tussenproduct xanthine.

De afbraak van purines in het lichaam is de belangrijkste bron van urinezuur. Bij vogels, reptielen en vleermuizen is guanine naast urinezuur een belangrijk uitscheidingsproduct voor stikstof. Omdat dit pasteuze product weinig water bevat en ook moeilijk te gebruiken is voor energieopwekking, wordt het direct uitgescheiden door met name vogels en vleermuizen. Doordat de totale massa afneemt wanneer deze wordt uitgescheiden, verbetert het vliegvermogen van deze dieren. De uitgescheiden guanine vormt wat bekend staat als guano, vooral op kalkrijke bodems na verwering. Guano is een zeer waardevolle meststof die rijk is aan fosfor en stikstof.

Uw medicatie vindt u hier

Ziekten en aandoeningen

Als de stofwisseling van guanine wordt verstoord, kunnen gezondheidsproblemen ontstaan. Als bijvoorbeeld het enzym hypoxanthine guanine fosforibosyltransferase (HGPRT) defect is, wordt de bergingsroute verstoord. Hieruit ontstaat het zogenaamde Lesch-Nyhan-syndroom.

Bij deze ziekte is het herstel van guaninsine-mononucleotiden uit de nucleïnezuren onvoldoende. Er is eerder een verhoogde afbraak van guanine. In het lichaam worden grote hoeveelheden urinezuur aangemaakt. Dit is de reden waarom deze ziekte ook bekend staat als hyperurikemie-syndroom. In ernstige gevallen treden auto-agressie, cognitieve stoornissen en zelfs buitenlandse agressie op. Vaak verwonden de patiënten zichzelf. Jongens worden meestal getroffen omdat de autosomaal recessieve ziekte wordt veroorzaakt door een genmutatie op het X-chromosoom.

Bij meisjes zouden beide X-chromosomen door de mutatie moeten worden beïnvloed, maar dit gebeurt zelden. Als het Lesch-Nyhan-syndroom onbehandeld blijft, sterven kinderen op jonge leeftijd. Door het gebruik van medicijnen en een speciaal dieet kan de afbraak van guanine worden geremd. De symptomen kunnen zo gedeeltelijk worden verlicht. Helaas kan het Lesch-Nyhan-syndroom niet causaal worden behandeld. Hyperurikemie kan ook optreden in verband met andere ziekten of andere genetische defecten. Primaire hyperurikemie is voor één procent genetisch en 99 procent wordt veroorzaakt door een verminderde uitscheiding van urinezuur door de nieren.

Er zijn ook secundaire vormen van hyperurikemie. Ziekten die bijvoorbeeld in verband worden gebracht met een verhoogde verslechtering van de cellen, zoals leukemie of bepaalde bloedziekten, kunnen meer purines en dus urinezuur produceren. Medicijnen of alcoholisme kunnen ook leiden tot stoornissen van het purinemetabolisme. Als gevolg van verhoogde urinezuurconcentraties kunnen jichtaanvallen optreden als gevolg van urinezuurneerslag in de gewrichten. De behandeling omvat een dieet dat arm is aan purine en dus ook arm aan guanine.