Guanosín trifosfato (GTP): estructura, síntesis, funciones
El guanosín trifosfato o trifosfato de guanosina (GTP) es uno de los muchos nucleótidos fosfato capaces de almacenar energía libre fácilmente utilizable para múltiples funciones biológicos.
A diferencia de otros nucleótidos fosfato relacionados, que usualmente proveen la energía necesaria para ejecutar gran variedad de procesos en distintos contextos celulares, algunos autores han demostrado que los nucleótidos como GTP, UTP (uridina trifosfato) y CTP (citidina trifosfato) aportan energía principalmente en procesos anabólicos.
En este sentido, Atkinson (1977) sugiere que el GTP tiene funciones que implican la activación de muchos procesos anabólicos a través de diferentes mecanismos, lo que ha sido demostrado en sistemas tanto in vitro como in vivo.
La energía contenida en sus enlaces, especialmente entre los grupos fosfato, es empleada para impulsar algunos procesos celulares implicados especialmente en la síntesis. Ejemplo de esto son la síntesis de proteínas, replicación del ADN y transcripción del ARN, la síntesis de microtúbulos, etc.
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Al igual que es cierto para los nucleótidos de adenina (ATP, ADP y AMP), el GTP tiene como estructura básica tres elementos indiscutibles:
-Un anillo heterocíclico de guanina (purina)
-Un azúcar base de cinco carbonos, la ribosa (de anillo furano) y
-Tres grupos fosfato unidos
El primer grupo fosfato del GTP está unido al carbono 5’ del azúcar ribosa y el residuo de guanina se une a esta molécula a través del carbono en posición 1’ del anillo de la ribofuranosa.
En términos bioquímicos, esta molécula es una guanosina 5’-trifosfato, mejor descrita como una purina trifosfato o, con su nombre químico, 9-β-D-ribofuranosilguanina-5’-trifosfato.
El GTP puede ser sintetizado de novo en muchos eucariotas a partir del ácido inosínico (inosina 5’-monofosfato, IMP), uno de los ribonucleótidos empleados para la síntesis de las purinas, que son uno de los dos tipos de bases nitrogenadas de las que se compone el ADN y otras moléculas.
Este compuesto, el ácido inosínico, es un importante punto de ramificación no solo para la síntesis de las purinas, sino también para la síntesis de los nucleótidos fosfato ATP y GTP.
La síntesis de los nucleótidos fosfato de guanosina (GMP, GDP y GTP: mono-, di- y trifosfato de guanosina, respectivamente) comienza con la hidroxilación dependiente de NAD+ del anillo de purina del IMP, formando el compuesto intermediario xantosina monofosfato (XMP).
Esta reacción es catalizada por una enzima conocida como IMP deshidrogenasa, que es regulada alostéricamente por el GMP.
A la XMP así producida se le transfiere después un grupo amida (reacción dependiente de glutamina y ATP) por medio de la acción de la enzima XMP aminasa, donde se produce una molécula de guanosina monofosfato o GMP.
Dado que los nucleótidos más activos son, por lo general, los nucleótidos trifosfato, existen enzimas encargadas de la transferencia de grupos fosfato a las moléculas de GMP que son generadas en la ruta recién descrita.
Estas enzimas son unas quinasas (cinasas) específicas dependientes de ATP conocidas como guanilato quinasas y las nucleósido difosfoquinasas.
En la reacción catalizada por las guanilato ciclasas, el ATP actúa como donador de fosfatos para la conversión del GMP en GDP y ATP:
GMP + ATP → GDP+ ADP
El nucleótido de guanina difosfato (GDP) es posteriormente empleado como sustrato de una nucleósido difosfoquinasa, que también emplea ATP como donador de fosfato para la conversión del GDP en GTP:
GDP + ATP → GTP + ADP
Existen muchas rutas metabólicas celulares capaces de producir GTP diferentes a la ruta biosintética de novo. Estas usualmente lo hacen a través de la transferencia de grupos fosfato, provenientes de distintas fuentes, hacia los precursores GMP y GDP.
El GTP, como nucleótido fosfato análogo al ATP, tiene incontables funciones a nivel celular:
-Participa en el crecimiento de los microtúbulos, que son tubos huecos compuestos por una proteína conocida como “tubulina” cuyos polímeros tienen la capacidad de hidrolizar GTP, lo que es esencial para su elongación o crecimiento.
-Es un factor imprescindible para las proteínas G o proteínas de unión a GTP, que funcionan como mediadores en diversos procesos de transducción de señales que se relacionan, a su vez, con el AMP cíclico y sus cascadas de señalización.
Estos procesos de señalización redundan en la comunicación de la célula con su entorno y de sus orgánulos internos entre sí, y son especialmente importantes para llevar a cabo las instrucciones codificadas en las hormonas y otros factores importantes en los mamíferos.
Ejemplo de estas rutas de señalización de suma importancia para la célula es la regulación de la enzima adenilato ciclasa por medio de su interacción con una proteína G
El GTP tiene muchas funciones que han sido demostradas a través de experimentos in vitro en sistemas “libres de células”. A partir de dichos experimentos se ha podido demostrar que participa activamente en:
-La síntesis proteica en eucariotas (tanto para la iniciación como el alargamiento de los péptidos)
-La estimulación de la glicosilación de proteínas
-La síntesis de ARN ribosomal en procariotas y eucariotas
-La síntesis de fosfolípidos, particularmente durante la síntesis del diacilglicerol
Otros experimentos, pero en sistemas celulares o in vivo han comprobado la participación del GTP en procesos como:
-Esporulación y activación de las esporas de distintas clases de microorganismos, procariotas y eucariotas
-Síntesis de ARN ribosomal en eucariotas
-Entre otras.
También se ha propuesto que el progreso oncogénico de células normales a células cancerosas involucra la pérdida del control sobre el crecimiento y la proliferación celulares, en donde participan muchas proteínas de unión a GTP y proteínas quinasas con actividad específica GTP-dependiente.
El GTP también tiene efectos estimulantes en la importación de proteínas hacia la matriz mitocondrial, lo que se relaciona directamente con su hidrólisis (más del 90% de las proteínas mitocondriales son sintetizadas por ribosomas en el citosol).
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