Guanosin

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 18. November 2016
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Guanosin ist das Nukleosid der Purinbase Guanin und entsteht durch Anlagerung des Einfachzuckers Ribose. Falls nicht Ribose, sondern Desoxyribose angelagert wird, handelt es sich um Desoxyguanosin.

Guanosin ist Bestandteil der Helices und Doppelhelices der RNA. Das Analogon Desoxyguanosin ist Teil der DNA. Guanosin ist als Guanosintriphosphat (GTP) mit drei angelagerten Phosphatgruppen wichtiger Energiespeicher und Donator von Phosphatgruppen innerhalb des Zitratzyklus in den Mitochondrien der Zellen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist Guanosin?

Guanosin ist das Nukleosid der Purinbase Guanin. Es entsteht durch Anlagerung einer Ribosegruppe über eine N-glykosidische Bindung. Bei dem Analogon Desoxyguanosin besteht die angelagerte Pentose aus der Desoxyribosegruppe.

Guanosin und Desoxyguanosin sind Bestandteile der Einfach- und Doppelhelices der RNA und der DNA. Die komplementäre Base bildet jeweils die Pyrimidinbase Cytosin bzw. ihr Nukleosid Cytidin und Desoxycytidin, mit denen Guanosin als Basenpaar mit einer dreifachen Wasserstoffbrücke verbunden ist. Mit zusätzlich angelagerten Phosphatgruppen bildet Guanosin als Guanosindiphosphat (GDP) und als Guanosintriphosphat (GTP) einen wichtigen funktionellen Teil des sogenannten Citratzyklus innerhalb der Atmungskette.

Es handelt sich dabei um eine Kette von katalytisch gesteuerten Vorgängen innerhalb des Energiestoffwechsels, der in den Mitochondrien der Zellen abläuft. GTP dient hier als Energiespeicher und Phosphatgruppendonator. Unter Einwirkung eines bestimmten Enzyms kann GTP unter Abspaltung zweier Phosphatgruppen in das cyclische Guanosinmonophosphat umgewandelt werden, dem eine besondere Rolle in der Signalweiterleitung innerhalb der Zelle zukommt. Das GTP übernimmt in leicht modifizierter Form als sogenanntes Ran-GTP Transportaufgaben für den notwendigen Stofftransport zwischen Zellkern und Cytosol unter jeweiliger Überwindung der Zellmembran.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Die Doppel- und Einfachhelices der Erbsubstanz DNA und RNA bestehen aus einer Verkettung von nur vier verschiedenen Nukleinbasen, von denen die Basen Guanin und Adenin auf dem Puringrundgerüst basieren, das aus einem Fünf- und einem Sechsring besteht.

Die beiden Basen Cytosin und Thymin verkörpern Pyrimidinbasen mit einem aromatischen Sechsring. Als Ausnahme muss die Nukleinbase Uracil gesehen werden, die mit Thymin fast identische ist und bei der RNA die Stelle des Thymin bekleidet. Allerdings bestehen die langen Ketten der Helices nicht aus unveränderten Nukleinsäuren, sondern aus ihren Nukleotiden. Die Nukleinbasen werden durch Anlagerung je einer Ribosegruppe (RNA) oder einer Desoxyribosegruppe (DNA) in Ribosen bzw. Desoxyribosen verwandelt und durch Anlagerung einer oder mehrerer Phosphatgruppen zum entsprechenden Nukleotid. Im Falle des Guanins handelt es sich um Guanosinmonophosphat bzw. um Desoxyguanosinmonophosphat, das als Glied in den langkettigen Helices von RNA und DNA eingebaut ist.

Als Bestandteil von DNA und RNA hat das Guanosin – wie auch die anderen Nukleotide – keine aktive Rolle, sondern codiert über Kopien des DNA-Stranges die entsprechenden Proteine, die in der Zelle synthetisiert werden. Eine aktive Rolle spielt das Guanosin in der Form des GTP und GDP im Citratzyklus innerhalb der Atmungskette als Phosphatgruppendonator. In der modifizierten Form des Guanosinmonophosphat übernimmt das Nukleotid ebenfalls eine aktive Rolle und sorgt als Botenstoff für den intrazellulären Signaltransport, der besonders wichtig für die anabolen Prozesse in der Proteinsynthese ist. In der Form des Ran-GTP sorgt das Nukleotid als spezialisiertes Transportvehikel für Stofftransporte aus dem Zellkern durch die Kernmembran hindurch in das Cytosol.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Die chemische Summenformel des Guanosins lautet C10H13N5O5 und lässt erkennen, dass das Nukleosid ausschließlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff besteht. Es handelt sich um Moleküle, die in praktische unbegrenztem Maße auf der Erde zur Verfügung stehen. Seltene Spurenelemente oder Mineralien sind nicht Bestandteil des Guanosins.

Guanosin kommt – meist in Form des gleichnamigen Nukleotids – mit wenigen Ausnahmen in allen menschlichen Zellen als Bestandteil der DNA und RNA sowie in den Mitochondrien und im Cytosol der Zellen vor. Der Körper ist in der Lage, Guanosin innerhalb des Purin-Stoffwechsels in einem sehr komplexen Vorgang zu synthetisieren. Bevorzugt wird allerdings die Gewinnung von Guanosin über den Salvage-Pathway Vorgang. Höherwertige Verbindungen, die Nukleinbasen oder Nukleotide enthalten, werden enzymatisch-katalytisch so abgebaut, dass Nukleoside wie das Guanosin wiederverwertet werden können.

Für den Körper hat das den Vorteil, dass die biochemischen Abbauprozesse weniger komplex und damit weniger fehleranfällig sind und dass weniger Energie, also weniger ATP- und weniger GTP-Verbrauch stattfindet. Die Komplexität und die Geschwindigkeit, mit der Guanosin und seine Mono-, Di- und Triphosphate an katalytischen Reaktionen beteiligt sind, gestatten keine direkte Aussage über eine optimale Konzentration im Blutserum.

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Krankheiten & Störungen

Die vielfachen Stoffwechselvorgänge, an denen Guanosin zusammen mit anderen Nukleosiden und besonders in der phosphorylierten Form als Nukleotid beteiligt ist, bedingen, dass es an einigen Stellen des Stoffwechsels zu Funktionsstörungen kommen kann.

Es sind vor allem genetische Defekte, die dazu führen können, dass bestimmte Enzyme nicht vorhanden sind oder ihre Bioaktivität gehemmt ist. Ein bekannter X-chromosomaler Gendefekt führt zum Lesch-Nyhan-Syndrom. Das Syndrom bewirkt eine Fehlfunktion im Salvage-Pathway des Purin-Stoffwechsels, so dass der Körper verstärkt den anabolen Weg der Neusynthese gehen muss. Der rezessiv vererbbare Gendefekt führt zu einem Funktionsausfall der Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyltransferase (HGPRT).

Trotz verstärkter Neusynthese entsteht ein Mangel an Guanosin bzw. an seinen bioaktiven Derivaten. Damit verbunden ist eine übermäßige Harnsäureproduktion, die entsprechende Begleiterscheinungen wie die Bildung von Harn- und Nierensteinen verursacht. Der dauerhaft erhöhte Harnsäurespiegel kann zu Ausfällungen von Harnsäurekristallen im Gewebe führen und schmerzhafte Gichtanfälle verursachen. Noch schwerwiegender sind dabei die neurologischen Störungen einschließlich des Hangs zur Selbstverstümmelung.

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