Guanine is een belangrijk stikstof base en speelt een centrale rol in het metabolisme van nucleïnezuren in het organisme. Het kan in het lichaam worden gesynthetiseerd aminozuren Vanwege het hoge energieverbruik van deze reactie vindt het herstel ervan echter vaak plaats via de bergingsroute.
Wat is guanine?
Guanine is een van de vijf stikstofhoudende bases die een rol spelen bij de constructie van DNA en RNA. Het is ook een basiscomponent van andere fysiologisch belangrijke moleculen zoals guanisinetrifosfaat (GTP). Guanine vertegenwoordigt een purinebase waarvan de chemische basisstructuur bestaat uit een heterocyclische aromatische ring van zes atomen en een aangehechte ring van vijf. In het lichaam komt het meestal als mononucleotide voor ribose of deoxyribose en een fosfaat residu. Samen met ATP is de mononucleotide GTP een energieopslag in de context van energiemetabolisme In de dubbele helix van DNA is guanine gekoppeld aan het complementaire stikstof base cytosine via drie waterstof obligaties. Omdat de vorming van gratis guanine zeer energie-intensief is, wordt het in het lichaam teruggewonnen nucleïnezuren door splitsing (salvage pathway) en opnieuw gebruikt in de vorm van een mononucleotide voor nucleïnezuursynthese. In het lichaam wordt het afgebroken tot urinezuur Guanine is een ietwat gelige vaste stof met een smeltpunt van 365 graden. Het smelt onder ontbinding. Het is onoplosbaar in water, maar kan worden opgelost in zuren en basen.
Functie, effect en taken
Guanine is een onderdeel van nucleïnezuren en verschillende nucleotiden en nucleosiden. Als een belangrijke nucleïnezuurbasis is het een van de centrale moleculen van alle organismen. Samen met de andere drie nucleïnezuur bases adenine, cytosine en thymine, het vormt de genetische code. Net als deze is het glycosidisch gebonden aan de suiker deoxyribose in DNA. Drie opeenvolgende nucleïnezuren bases coderen voor één aminozuur elk als een zogenaamd codon. Verschillende codons coderen dus voor een eiwit als een opeenvolgende keten 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 nucleïnezuurbasen. Het is verbonden met de codonogene keten door waterstof binding en is verantwoordelijk voor de stabiliteit van de genetische informatie. Binnen RNA speelt guanine een belangrijke rol bij de eiwitsynthese, samen met de andere nucleïnezuurbasen. Belangrijke tussenproducten bij het metabolisme zijn ook de nucleosiden guanisine en deoxyguanisine. Verder zijn de nucleotiden guanisimonofosfaat (GMP), guanisinedifosfaat (GDP) en guanisinetrifosfaat (GTP) ook verantwoordelijk voor energiemetabolisme naast ATP en ADP. DNA-nucleotiden komen ook voor in het metabolisme als tussenliggende verbindingen.
Vorming, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden
Guanine heeft een centrale rol in het metabolisme van alle organismen. Omdat het een onderdeel is van nucleïnezuren, het komt ook vrijelijk voor als tussenproduct in het metabolisme. In het menselijk organisme kan het worden gesynthetiseerd aminozuren Biosynthese is echter zeer energie-intensief. Daarom wordt het gewonnen uit nucleïnezuur zuren via de Salvage Pathway in de vorm van een nucleotide. In de bergingsroute worden vrije purinebasen zoals adenine, guanine en hypoxanthine uit bestaand nucleïnezuur gesneden en op hun beurt worden nieuwe mononucleotiden gevormd. Dit proces is veel energiezuiniger dan de nieuwe synthese van guanine en zijn mononucleotide. De mononucleotide wordt hergebruikt voor nucleïnezuursynthese. Het bergingspad vertegenwoordigt dus een recyclingproces. Tijdens de afbraak van guanine, urinezuur wordt gevormd via het tussenproduct xanthine. De afbraak van purine in het lichaam is de belangrijkste bron van urinezuur Bij vogels, reptielen en vleermuizen is guanine een belangrijk uitscheidingsproduct voor stikstof, samen met urinezuur. Omdat dit pasteuze product weinig bevat water en wordt ook slecht gebruikt voor energieproductie, het wordt direct uitgescheiden, vooral door vogels en vleermuizen. Omdat zijn uitscheiding het totaal vermindert massa vliegen het vermogen van deze dieren is verbeterd. De uitgescheiden guanine vormt de zogenaamde guano, vooral op kalkrijke bodems na verwering. Guano is een zeer waardevolle meststof die rijk is aan fosfor en stikstof.
Ziekten en aandoeningen
Wanneer het metabolisme van guanine is verstoord, volksgezondheid er kunnen problemen optreden. Wanneer bijvoorbeeld het enzym hypoxanthine-guanine-fosforibosyltransferase (HGPRT) defect is, wordt de bergingsroute verstoord, het zogenaamde Lesch-Nyhan-syndroom ontstaat hieruit. Bij deze ziekte worden guanine-mononucleotiden niet voldoende teruggewonnen uit de nucleïnezuur zuren In plaats daarvan is er een verhoogde afbraak van guanine. In het lichaam worden grote hoeveelheden urinezuur gevormd. Daarom wordt deze ziekte ook wel genoemd hyperurikemie syndroom. In ernstige gevallen treden auto-agressie, cognitieve stoornissen en zelfs externe agressie op. Patiënten verwonden zichzelf vaak. Meestal worden jongens getroffen omdat de autosomaal recessieve aandoening wordt veroorzaakt door een gen mutatie op het X-chromosoom. Bij meisjes zijn beide X chromosomen zou door de mutatie moeten worden beïnvloed, maar dit is zeldzaam. Als het Lesch-Nyhan-syndroom onbehandeld blijft, sterven kinderen op jonge leeftijd. De afbraak van guanine kan worden geremd door het gebruik van drugs en een special dieet De symptomen kunnen zo gedeeltelijk worden verlicht. Helaas kan het Lesch-Nyhan-syndroom niet causaal worden behandeld. Hyperuricemie kan ook optreden in samenhang met andere ziekten of andere genetische defecten. Primaire hyperuricemieën zijn voor één procent genetisch en voor 99 procent als gevolg van verminderde urinezuuruitscheiding door de nieren. Er zijn ook secundaire vormen van hyperurikemie Bijvoorbeeld ziekten die verband houden met verhoogd celverval, zoals leukemieën of bepaalde bloed ziekten, kan leiden tot verhoogde productie van purines en dus urinezuur. Medicijnen of alcoholisme kan ook leiden op stoornissen van het purinemetabolisme. Als gevolg van verhoogde urinezuurconcentraties, jicht aanvallen kunnen optreden als gevolg van urinezuurprecipitatie in de gewrichten Inbegrepen in de behandeling is een laag-purine dieet en daarom een dieet met weinig guanine.
