Guanin
Abkürzung: G
Englisch: guanine
1. Definition
Guanin ist als eine der vier organischen Basen Grundbaustein von DNA und RNA; es ist aber auch in anderen biologisch bedeutsamen Molekülen vorhanden, beispielsweise im Guanosintriphosphat (GTP).
2. Struktur
Guanin ist als 2-Amino-6-Hydroxypurin aus einem aromatischen Sechs-Kohlenstoff-Ring aufgebaut, an den sich ein Fünferring anschließt. In der Ringstruktur substituieren vier Stickstoff-Atome die Kohlenstoff-Atome 1,3,7 und 9. An das C2-Atom ist eine Aminogruppe gebunden, während sich am C6-Atom eine Hydroxygruppe befindet.
3. Funktion
In den Doppelstrang-Molekülen der DNA-Doppelhelix kann Guanin über Hydroxygruppe, N1-Atom und Aminogruppe drei Wasserstoffbrücken mit einem gegenüberliegenden Cytosin-Molekül ausbilden.
Über das N9-Atom des Fünferringes kann Guanin an das C1-Atom der Ribose n-glykosidisch gebunden werden. Man spricht dann von einem Nukleosid, dem Guanosin. Bei der Bindung an Desoxyribose entsteht das Nukleosid Desoxyguanosin.
In weiteren Schritten kann das Guanosin-Molekül am C5-Atom der Ribose ein- oder mehrfach phosphoryliert werden: Es entsteht ein Nukleotid, nämlich je nach Phosphatmenge GMP, GDP oder GTP. Entsprechende Moleküle entstehen, wenn die Phosphatreste an Desoxyadenosin gebunden werden (dGMP; dGDP; dGTP).
4. Synthese und Metabolismus
Der menschliche Organismus ist in der Lage, Guanin selbst zu synthetisieren; da dieser Stoffwechselweg sehr energieaufwändig ist, kann der Körper über den Salvage Pathway das Purin-Derivat Guanin auch wiederverwenden, aus abzubauenden Nukleinsäure-Molekülen ausschneiden und bei Bedarf wieder an Ribose binden.
Der Abbau des Guanins erfolgt zu Xanthin und weiter zu Harnsäure.
5. Pathophysiologie
Bei Störungen des Salvage Pathway, beonders bei einem Defekt des Enzyms Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyltransferase (HGPT), kommt es zum Krankheitsbild des Lesch-Nyhan-Syndroms.
Bei einer zu hohen Menge an metabolisiertem Guanin kann die entstehende, unphysiologisch hohe Menge an Harnsäure (Hyperurikämie) in der Niere, den ableitenden Harnwegen oder in bradytrophen Geweben (vor allem Gelenkkapseln) auskristallisieren und zu Harnsteinen oder Gicht führen.