Guanosintriphosphat

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 23. März 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Guanosintriphosphat ist als Nukleosidtriphosphat neben Adenosintriphosphat ein wichtiger Energiespeicher im Organismus. Es liefert hauptsächlich bei anabolen Prozessen Energie. Des Weiteren aktiviert es viele Biomoleküle.

Was ist Guanosintriphosphat?

Neben des bekannteren ATPs ist GTP auch für viele Energie übertragende Reaktionen verantwortlich. Viele zelluläre Stoffwechselreaktionen können nur mithilfe der Energieübertragung durch Guanosintriphosphat stattfinden.
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Guanosintriphosphat (GTP) stellt ein Nukleosidtriphosphat dar, welches sich aus der Nukleotidbase Guanin, dem Zucker Ribose und drei durch Anhydridbindungen miteinander verknüpften Phosphatresten zusammensetzt.

Dabei ist Guanin glykosidisch an Ribose und die Ribose wiederum über eine Veresterung an den dreifachen Phosphatrest gebunden. Die anhydridische Bindung der dritten Phosphatgruppe an die zweite Phosphatgruppe ist sehr energiereich. Bei Abspaltung dieser Phosphatgruppe liefert GTP wie bei der analogen Verbindung Adenosintriphosphat (ATP) viel Energie für bestimmte Reaktionen und Signaltransduktionen. GTP wird entweder durch einfache Phosphorylierung aus GDP (Guanosindiphoshat) oder über eine dreifache Phosphorylierung von Guanosin gebildet.

Dabei stammen die Phosphatgruppen sowohl aus ATP als auch aus Übertragungsreaktionen innerhalb des Zitronensäurezyklus. Der Ausgangsstoff Guanosin ist ein Nukleosid aus Guanin und Ribose. Unter Abgabe von zwei Phosphatgruppen wird GTP in GMP (Guanosinmonophosphat) umgewandelt. Diese Verbindung stellt als Nukleotid einen Baustein der Ribonukleinsäure dar. Im isolierten Zustand außerhalb des Körpers ist GTP ein farbloser Feststoff. Im Körper erfüllt es viele Funktionen als Energieübertrager und Phosphatlieferant.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Wie bei ATP ist hier die Bindung des dritten Phosphatrestes an den zweiten Phosphatrest sehr energiereich und mit dessen Energieinhalt vergleichbar. GTP katalysiert jedoch andere Stoffwechselwege als ATP. Seine Energie erhält GTP innerhalb des Zitronensäurezyklus aus dem Abbau von Kohlenhydraten und Fetten. Auch eine Energieübertragung von ATP auf GDP unter dem Transfer einer Phosphatgruppe ist möglich. Dabei entstehen ADP und GTP. Guanosintriphosphat aktiviert viele Verbindungen und Stoffwechselwege. So ist es für die Aktivierung von G-Proteinen verantwortlich. G-Proteine sind Proteine, welche GTP binden können.

Dadurch sind sie in der Lage, Signale über G-proteinassoziierte Rezeptoren weiterzuleiten. Dabei handelt es sich um Signale für das Riechen, das Sehen oder der Blutdruckregulation. GTP regt die Signaltransduktion innerhalb der Zelle an, indem es bei der Übertragung von wichtigen Signalstoffen hilft oder durch Anregung der G-Moleküle unter Energieübertragung eine Signalkaskade veranlasst. Des Weiteren kann die Proteinbiosynthese ohne GTP nicht stattfinden. Die Kettenverlängerung der Polypeptidkette läuft unter Aufnahme von Energie statt, die aus der Umwandlung von GTP zu GDP gewonnen wird. Der Transport vieler Substanzen, darunter der Membranproteine, zu den Membranen wird auch maßgeblich von GTP reguliert.

Des Weiteren regeneriert auch GTP wieder ADP zu ATP unter der Übertragung eines Phosphatrestes. Außerdem aktiviert es die Zucker Mannose und Fucose und bildet dabei ADP-Mannose und ADP-Fucose. Eine wichtige Funktion von GTP besteht weiterhin in seiner Beteiligung beim Aufbau von RNA und DNA. Auch für den Stofftransport zwischen Zellkern und Zytoplasma ist GTP unverzichtbar. Es soll noch erwähnt werden, dass GTP der Ausgangsstoff für die Bildung von zyklischem GMP (cGMP)ist.

Die Verbindung cGMP ist ein Signalmolekül und unter anderem für die visuelle Signaltransduktion verantwortlich. In Niere und Darm steuert es den Ionentransport. Es sendet das Signal für die Erweiterung der Blutgefäße und der Bronchien. Schließlich besteht die Vermutung, dass es an der Entwicklung der Hirnfunktion beteiligt ist.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Guanosintriphosphat kommt in allen Zellen des Organismus vor. Es ist als Energiespeicher, Phosphatgruppenüberträger und Baustein für den Aufbau von Nukleinsäuren unverzichtbar. Im Rahmen des Stoffwechsels wird es aus Guanosin, Guanosinmonophosphat (GMP) oder Guanosindiphosphat (GDP) hergestellt. GMP ist ein Nukleotid der Ribonukleinsäure. Aus dieser kann es auch wieder zurückgewonnen werden. Allerdings ist auch eine Neusynthese im Organismus möglich.

Die Bindung von weiteren Phosphatgruppen an die an der Ribose veresterten Phosphatgruppe ist immer nur mit einem Energieaufwand möglich. Besonders die anhydridische Bindung der dritten Phosphatgruppe an die Zweite bedeutet einen hohen Energieaufwand, weil sich elektrostatische Abstoßungskräfte aufbauen, die sich über das gesamte Molekül verteilen. Es bilden sich Spannungen innerhalb des Moleküls aus, die bei Kontakt mit dem entsprechenden Zielmolekül auf dieses unter Abgabe einer Phosphatgruppe übertragen werden. Im Zielmolekül kommt es zu Konformationsänderungen, welche die entsprechenden Reaktionen oder Signale auslösen.

Krankheiten & Störungen

G-Proteine stellen eine heterogene Gruppe von Proteinen dar, die durch Bindung an GTP Signale weiterleiten können. Dabei wird eine Signalkaskade ausgelöst, die auch dafür verantwortlich ist, dass Neurotransmitter und Hormone über das Andocken an G-proteinassoziierte Rezeptoren wirksam werden. Mutationen an G-Proteinen oder deren assoziierten Rezeptoren stören oft die Signalweiterleitung und sind die Ursache für bestimmte Erkrankungen. So wird beispielsweise die fibröse Dysplasie oder Albrigh-Knochendystrophie (Pseudohypoparathyreoidismus) durch die Mutation eines G-Proteins ausgelöst. Bei dieser Erkrankung besteht eine Resistenz gegenüber dem Parathormon.

Das heißt, der Körper reagiert nicht auf dieses Hormon. Parathormon ist für den Kalziumstoffwechsel und den Knochenaufbau verantwortlich. Die Knochenaufbaustörung führt zu Myxomen der Skelettmuskulatur oder Funktionsstörungen von Herz, Bauchspeicheldrüse, Leber und Schilddrüse. Bei der Akromegalie wiederum besteht eine Resistenz gegen das Growth Hormon Releasing Hormon, sodass das Wachstumshormon unkontrolliert ausgeschüttet wird und damit ein verstärktes Wachstum von Gliedmaßen und inneren Organen hervorruft.

Quellen

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