O GMP cíclico, monofosfato de guanosina também conhecido como monofosfato de guanosina cíclico ou guanosina 3 de ', 5'-monofosfato é um nucleotídeo envolvido em vários processos celulares cíclicos, especialmente aqueles relacionados à sinalização e comunicação intercelular.
Foi descrito pela primeira vez há mais de 40 anos, logo após a descoberta de seu análogo, o AMP cíclico, que se diferencia dele pela base nitrogenada, por não ser um nucleotídeo da guanina, mas da adenina.
Estrutura química do monofosfato de guanosina cíclico ou GMP (Fonte: en: Usuário: Diberri via Wikimedia Commons)
A exemplo de outros nucleotídeos cíclicos como o já citado AMP cíclico ou o CTP cíclico (monofosfato de citidina cíclica), a estrutura do GMP cíclico é decisiva para suas propriedades químicas e atividade biológica, além de torná-lo mais estável que o seu homólogo.
Este nucleotídeo é produzido por uma enzima conhecida como guanilil ciclase e é capaz de disparar cascatas de sinalização de proteínas quinases GMP cíclicas-dependentes, de forma semelhante ao AMP cíclico.
Ela foi descrita não apenas em mamíferos, que são animais altamente complexos, mas também nos procariontes mais simples, incluídos nos reinos das eubactérias e arquéias. Sua presença em plantas ainda é motivo de debate, mas as evidências sugerem que está ausente nesses organismos.
Formação e degradação
A concentração intracelular dos nucleotídeos cíclicos da guanina, assim como da adenina, é extremamente baixa, principalmente quando comparada aos seus análogos não cíclicos mono-, di ou trifosfatados.
No entanto, os níveis desse nucleotídeo podem ser alterados seletivamente na presença de certos estímulos hormonais e outros fatores que se comportam como mensageiros primários.
O metabolismo do GMP cíclico é parcialmente independente do metabolismo do AMP cíclico e de outros nucleotídeos análogos. É produzido a partir do GTP por um sistema enzimático conhecido como guanilil ciclase ou guanilato ciclase, que é uma enzima parcialmente solúvel na maioria dos tecidos.
As enzimas guanilato ciclase são responsáveis pela "ciclização" do grupo fosfato na posição 5 'do resíduo de açúcar (ribose), causando a ligação do mesmo fosfato a dois grupos OH diferentes na mesma molécula.
Esta enzima é muito abundante no intestino delgado e nos pulmões dos mamíferos e a fonte mais ativa encontra-se no esperma de uma espécie de ouriço-do-mar. Em todos os organismos estudados, depende de íons manganês divalentes, o que o diferencia das adenilato ciclases, que dependem de magnésio ou zinco.
A degradação do GMP cíclico é mediada por nucleotídeos fosfodiesterases cíclicos que não parecem ser específicos, uma vez que foi demonstrado que as mesmas enzimas são capazes de usar tanto AMP cíclico quanto GMP cíclico como substratos hidrolisáveis.
Ambos os processos, formação e degradação, são cuidadosamente controlados intracelularmente.
Estrutura
A estrutura do GMP cíclico não é significativamente diferente da de outros nucleotídeos cíclicos. Como o próprio nome indica (guanosina 3 ', 5'-monofosfato) tem um grupo fosfato ligado ao oxigênio no carbono na posição 5' de um açúcar ribose.
O referido açúcar ribose está ligado ao mesmo tempo à base de nitrogênio do anel guanina heterocíclico por meio de uma ligação glicosídica com o carbono na posição 1 'da ribose.
O grupo fosfato que está ligado ao átomo de oxigênio na posição 5 'da ribose é transfundido através de uma ligação fosfodiéster, que ocorre entre o mesmo grupo fosfato e o oxigênio do carbono na posição 3' da ribose, formando assim um fosfato 3'-5'- "trans-fundido" (fosfato 3'-5'-trans-fundido).
A fusão do grupo fosfato ou sua “ciclização” acarreta um aumento na rigidez da molécula, pois restringe a rotação livre das ligações do anel furânico da ribose.
Como também acontece com o AMP cíclico, a ligação glicosídica entre o anel guanina e a ribose e sua liberdade de rotação são parâmetros estruturais importantes para o reconhecimento específico do GMP cíclico.
Recursos
Ao contrário das muitas e variadas funções que outros nucleotídeos cíclicos análogos, como o AMP cíclico, têm, a função do GMP cíclico é um pouco mais restrita:
1-Participa em processos de sinalização em resposta à estimulação luminosa de pigmentos visuais. Sua concentração é modificada pela ativação de uma proteína G que percebe o estímulo luminoso e interage com uma fosfodiesterase cíclica dependente de GMP.
Mudanças nos níveis desse nucleotídeo alteram a permeabilidade da membrana das células oculares em forma de bastonete aos íons de sódio, causando outras mudanças que encerram a transmissão do estímulo ao nervo óptico.
2-Tem funções no ciclo de contração e relaxamento muscular do músculo liso em resposta ao óxido nítrico e outros compostos químicos de diversas naturezas.
3-Um aumento em sua concentração devido à resposta aos peptídeos natriuréticos está relacionado à regulação do movimento dos íons sódio e água através das membranas celulares.
4-Em alguns organismos, o GMP cíclico pode competir com o AMP cíclico pela fosfodiesterase do nucleotídeo cíclico, e a adição do GMP cíclico pode contribuir para o aumento da concentração do AMP cíclico ao reduzir sua degradação.
5-Bactérias como a E. coli aumentam seus níveis de GMP cíclico quando são expostas a quimioatrativos, o que indica que esse nucleotídeo está envolvido em processos de sinalização em resposta a esses estímulos químicos.
6-Foi determinado que o GMP cíclico também tem implicações importantes nos processos de vasodilatação e ereção em mamíferos.
7-Muitos canais de íons de porta (cálcio e sódio) são regulados por ligantes intracelulares que usam especificamente GMP cíclico.
Referências
- Botsford, JL (1981). Cyclic Nucleotides in Prokaryotes. Microbiological Reviews, 45 (4), 620-642.
- Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Biochemistry (4ª ed.). Boston, EUA: Brooks / Cole. CENGAGE Learning.
- Hardman, J., Robison, A., & Sutherland, E. (1971). Nucleotídeos cíclicos. Revisões anuais em fisiologia, 33, 311–336.
- Nelson, DL e Cox, MM (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Omega Editions (5ª ed.).
- Newton, RP e Smith, CJ (2004). Nucleotídeos cíclicos. Phytochemistry, 65, 2423-2437.