Guanosinetrifosfaat Als nucleoside-trifosfaat is adenosinetrifosfaat een belangrijke energiereserve in het organisme. Het levert voornamelijk energie tijdens anabole processen. Het activeert ook veel biomoleculen.
Wat is guanosinetrifosfaat?
Guanosine trifosfaat (GTP) staat voor een nucleosidetrifosfaat, dat is samengesteld uit de nucleotidebase guanine, de suikerribose en drie fosfaatresiduen die met elkaar zijn verbonden door anhydridebindingen.
In dit geval wordt guanine glycosidisch aan ribose gebonden en wordt de ribose op zijn beurt via een verestering aan de drievoudige fosfaatrest gebonden. De anhydridebinding van de derde fosfaatgroep aan de tweede fosfaatgroep is erg energetisch. Wanneer deze fosfaatgroep wordt afgesplitst, levert GTP veel energie voor bepaalde reacties en signaaltransducties, net als bij de analoge verbinding adenosinetrifosfaat (ATP).GTP wordt gevormd door eenvoudige fosforylering uit het BBP (guanosinedifosfaat) of door drievoudige fosforylering van guanosine.
De fosfaatgroepen zijn afkomstig van zowel ATP als overdrachtsreacties binnen de citroenzuurcyclus. De grondstof guanosine is een nucleoside gemaakt van guanine en ribose. GTP wordt omgezet in GMP (guanosinemonofosfaat) door twee fosfaatgroepen vrij te maken. Als nucleotide vertegenwoordigt deze verbinding een bouwsteen van ribonucleïnezuur. Wanneer het buiten het lichaam wordt geïsoleerd, is GTP een kleurloze vaste stof. In het lichaam vervult het vele functies als energietransmitter en fosfaatleverancier.
Functie, effect en taken
Naast het meer bekende ATP is GTP ook verantwoordelijk voor veel energieoverdrachtsreacties. Veel cellulaire metabolische reacties kunnen alleen plaatsvinden met behulp van energieoverdracht via guanosinetrifosfaat.
Net als bij ATP is de binding van het derde fosfaatresidu aan het tweede fosfaatresidu zeer energierijk en vergelijkbaar met de energie-inhoud ervan. GTP katalyseert echter verschillende metabole routes dan ATP. GTP haalt zijn energie uit de afbraak van koolhydraten en vetten binnen de citroenzuurcyclus. Een energieoverdracht van ATP naar GDP met de overdracht van een fosfaatgroep is ook mogelijk. Hierdoor ontstaan ADP en GTP. Guanosinetrifosfaat activeert veel verbindingen en metabolische routes. Het is dus verantwoordelijk voor het activeren van G-eiwitten. G-eiwitten zijn eiwitten die GTP kunnen binden.
Hierdoor kunnen ze signalen verzenden via met G-proteïne geassocieerde receptoren. Dit zijn signalen voor het ruiken, zien of reguleren van de bloeddruk. GTP stimuleert de signaaltransductie in de cel door de overdracht van belangrijke signaalstoffen te helpen of door de G-moleculen te stimuleren met energieoverdracht die een signaalcascade op gang brengt. Bovendien kan de biosynthese van eiwitten niet plaatsvinden zonder GTP. De ketenverlenging van de polypeptideketen vindt plaats met de opname van energie, die wordt verkregen uit de omzetting van GTP naar GDP. Ook het transport van veel stoffen, waaronder membraaneiwitten, naar de membranen wordt grotendeels gereguleerd door GTP.
GTP regenereert ook ADP naar ATP met de overdracht van een fosfaatresidu. Het activeert ook de suikers mannose en fucose, waardoor ADP-mannose en ADP-fucose worden gevormd. Een andere belangrijke functie van GTP is zijn deelname aan de constructie van RNA en DNA. GTP is ook essentieel voor het transport van stoffen tussen de kern en het cytoplasma. Er moet ook worden vermeld dat GTP het uitgangsmateriaal is voor de vorming van cyclisch GMP (cGMP).
De verbinding cGMP is een signaalmolecuul en is onder meer verantwoordelijk voor visuele signaaltransductie. Het regelt het ionentransport in de nieren en darmen. Het stuurt het signaal naar de bloedvaten en bronchiën om te verwijden. Er wordt tenslotte aangenomen dat het betrokken is bij de ontwikkeling van de hersenfunctie.
Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden
Guanosinetrifosfaat komt voor in alle cellen van het organisme. Het is onmisbaar als energieopslag, fosfaatgroepdrager en bouwsteen voor de opbouw van nucleïnezuren. Als onderdeel van het metabolisme wordt het gemaakt van guanosine, guanosinemonofosfaat (GMP) of guanosinedifosfaat (GDP). GMP is een nucleotide van ribonucleïnezuur. Hieruit kan het ook worden hersteld. Een nieuwe synthese in het organisme is echter ook mogelijk.
De binding van verdere fosfaatgroepen aan de aan de ribose veresterde fosfaatgroep is alleen mogelijk met energieverbruik. Vooral de anhydridebinding van de derde fosfaatgroep aan de tweede betekent een hoog energieverbruik, omdat zich elektrostatische afstotende krachten opbouwen die over het gehele molecuul worden verdeeld. Binnen het molecuul ontstaan spanningen, die bij contact met het overeenkomstige doelwitmolecuul worden overgedragen op het laatste, waarbij een fosfaatgroep vrijkomt. Conformatieveranderingen treden op in het doelmolecuul, die de overeenkomstige reacties of signalen veroorzaken.
Ziekten en aandoeningen
Als de signaaloverdracht in de cel niet goed verloopt, kunnen er verschillende ziektes ontstaan. In verband met de functie van GTP zijn de G-eiwitten van groot belang voor signaaltransport.
G-eiwitten vertegenwoordigen een heterogene groep eiwitten die signalen kunnen verzenden door te binden aan GTP. Er wordt een signaalcascade geactiveerd, die ook verantwoordelijk is voor het feit dat neurotransmitters en hormonen effectief worden door te koppelen aan met G-proteïne geassocieerde receptoren. Mutaties in G-eiwitten of de bijbehorende receptoren verstoren vaak de signaaloverdracht en zijn de oorzaak van bepaalde ziekten. Fibreuze dysplasie of Albrigh-botdystrofie (pseudohypoparathyreoïdie) wordt bijvoorbeeld veroorzaakt door de mutatie van een G-eiwit. Deze ziekte is resistent tegen bijschildklierhormoon.
Dat wil zeggen, het lichaam reageert niet op dit hormoon. Bijschildklierhormoon is verantwoordelijk voor het calciummetabolisme en botvorming. De botstructuurstoornis leidt tot myxomen van de skeletspieren of disfunctie van het hart, de pancreas, de lever en de schildklier. Bij acromegalie daarentegen is er een weerstand tegen groeihormoon-afgevend hormoon, waardoor het groeihormoon op een ongecontroleerde manier vrijkomt en zo een verhoogde groei van ledematen en inwendige organen veroorzaakt.
