تويت
الغوانين مركب عضوي ينتمي إلى مجموعة مركبات نواة البيورين، وهي نوع من المركبات العضوية التي تتميز بوجود حلقتين تتكونان من النيتروجين والكربون، والغوانين هو أحد المركبات البيورينية التي تشكل أحد النوكليوتيدات أو القواعد النيتروجينية الأربع الداخلة في تركيب الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين DNA (الدنا) والحمض النووي الريبي RNA (الرنا)، وعادةً ما يتوضع الغوانين مقابل السيتوزين في سلسلة الدنا المقابلة ويتصل به بثلاثة روابط هيدروجينية، يُرمز له بالحرف G وقد اشتُق اسم الغوانين من الغانو الإسباني، ما يعني فضلات الطيور أو الخفافيش، إذ اكتُشف أول مرة بتحليل فضلات الطيور وبقاياها.
نظرة عامة
الأحماض النووية مثل DNA و RNA هي بوليمرات مكونة من نيوكليوتيدات أحادية، تُعد النيوكليوتيدات وحدات بنائية لسلاسل الـ DNA والـ RNA، يتكون كل نيوكليوتيد من حمض الفوسفور وسكر الريبوز الخماسي (الذي يرتبط بذرة الكربون رقم 5 من الحلقة) وقاعدة نيتروجينية (أو قاعدة نووية)، وفي الحمض النووي DNA يكون هذا السكر منقوص الأكسجين.
توجد فئتان رئيسيتان للقواعد النيتروجينية: البيورينات (purine) والبيريميدينات (pyrimidine) التي تضم القواعد النووية الخمسة الأهم وتعدّ الوحدات البنائية الأساسية للشيفرة الجينية: (الأدينين، الغوانين، السيتوزين، الثايمين، واليوراسيل)، اكتشفها أول مرة وعزلها وسماها عالم ألماني في الكيمياء الحيوية ألبريشت كوسيل وطلابه في فترة 1885-1901 وذلك بالتحليلات الكيميائية للأحماض النووية، وكل قاعدة لها ما يُسمى قاعدة مكملة ترتبط بها تحديدًا لتشكل سلاسل DNA و RNA.
خصائص الغوانين
القواعد النيتروجينية البيورينية هي مركبات عضوية عطرية متغايرة الحلقات، إذ تتميز بوجود حلقتين مرتبطتين ببعضهما البعض تتكونان من النيتروجين والكربون (حلقة بيريميدين وحلقة إيميدازول)، والغوانين مركب بيوريني له الصيغة الكيميائية C5H5N5O ويرتبط مع السيتوزين المقابل له في كل من سلاسل DNA و RNA بثلاثة روابط هيدروجينية.
ما الفرق بين الأدنين والغوانين؟
الأدينين والغوانين هما نوعان من القواعد النيتروجينية البيورينية الموجودة في الأحماض النووية، ويتميز الغوانين عن الأدينين بمجموعة الأمين المتوضعة على ذرة الكربون في الموقع رقم 2 من الحلقة، ومجموعة الكربونيل على ذرة الكربون في الموقع رقم 6 من الحلقة العطرية غير المتجانسة (البيريميدين). ويرتبط الغوانين مع السيتوزين المكمّل له بثلاث روابط هيدروجينية في سلاسل DNA و RNA، بينما ترتبط قواعد الأدينين مع قواعد الثايمين المكملة لها في سلاسل الحمض النووي الـ DNA ومع قواعد اليوراسيل في سلاسل الحمض النووي الـ RNA برابطتين هيدروجينيتين.
تفاعلات الغوانين البيولوجية الشائعة
تُصنع البيورينات على شكل نوكليوتيدات مرتبطة بسكر الريبوز وليس على شكل قواعد نيكليوتيدية حرة، والغوانين (كما الأدينين) مشتق من نيوكليوتيد الإينوزين أحادي الفوسفات (IMP) الذي يُصنع من الريبوز المرتبط مع الفوسفات الموجود مسبقًا ويتكون من الأحماض الأمينية (الغلايسين والغلوتامين وحمض الأسبارتيك).
يتفاعل الريبوز 5-فوسفات مع جزيئات ATP لإنتاج 5-فوسفوريبوزيل-1-بيروفوسفات (PRPP). ولهذا المركب دور في الاصطناع الحيوي لكل من القواعد النتروجينية البيورينية والبيريميدينية، ودوره مهم أيضًا في اصطناع مركّبيّ NAD و NADP، ويشارك في مسارات الإنقاذ الخلوية.
عندما يتحويل مركب PRRP إلى 5-فوسفوريبوزيل أمين باستبدال مجموعة البيروفوسفات من مركب PRRP بمجموعة الأميد من الغلوتامين؛ يصبح PRRP ملتزمًا ومنوطًا خصوصًا بالاصطناع الحيوي لقواعد البيورين.
عند البشر، يحدث الاصطناع الحيوي لمركبات البيورين ضمن سيتوبلاسما الخلية الكبدية، حيث تحدث تفاعلات حيوية مسؤولة عن تحويل مركب IMP إما إلى مركب الأدينوسين أحادي الفوسفات (AMP)، أو إلى مركب الغوانوسين أحادي الفوسفات (GMP)، ويتشكل (GMP) عندما تحدث عملية أكسدة على مركب IMP لأول مرة ليتحول إلى مركب الزانثوسين أحادي الفوسفات (XMP) باستخدام مركب NAD.
النيوكليوسيدات التي تتشكل من الغوانين هي الغوانوسين والغوانوسين منقوص الأكسجين. الغوانوسين (أي الغوانين المرتبط بسكر الريبوز) الذي تطرأ عليه عملية الفسفرة بإضافة ثلاث مجموعات من حمض الفوسفور يتحول إلى مركب الغوانوسين ثلاثي الفوسفات (GTP) الذي يُعد أحد الوحدات النيوكليوتيدية الأحادية البنائية للحمض النووي الريبي RNA، وقد يؤدي أيضا دورًا إضافيًا كمرسال ثانوي مهم في نقل الإشارة الخلوية.
أما بالنسبة للغوانوسين منقوص الأكسجين (أي الغوانين المرتبط بسكر ريبوز منقوص الأكسجين) فتطرأ عليه عملية الفسفرة بإضافة ثلاث مجموعات من حمض الفوسفور ليتحول إلى مركب الغوانوسين ثلاثي الفوسفات منقوص الأكسجين (dGTP)، ويُعد أيضًا أحد النيوكليوتيدات البنيوية الأساسية التي تبني سلاسل الحمض النووي DNA.
يسلك مسار تحلل مركب الغوانين عدة مراحل، مرورًا بمركب الزانثين، وصولًا للمركب الانتهائي وهو حمض البول (حمض اليوريك)، فتُزال أولًا مجموعة الأمين من الغوانين بواسطة أنزيم الغواناز ليتحول إلى مركب الزانثين، الذي بدوره يتحول إلى مركب حمض البول بواسطة أنزيم الزانثين أكسيداز. ضمن خلايا البشر والفقاريات الأخرى، تتحلل المركبات البيورينية خارجية المصدر (أي التي لا يصنعها الجسم؛ بل يستمدها من مصادر خارجية كالأغذية) مثل مركبات الأدينين والغوانين في الكبد، ونتيجة لذلك، يتشكل مركب حمض البول المنتج النهائي لعملية تحلل وتفكك المركبات البيورينية، الذي يسلك بدوره مساره من الكبد إلى مجرى الدم الذي يصل من خلاله إلى الكلى، ثم تُطرح مركبات حمض البول كفضلات خارج الجسم عن طريق البول.
من الممكن إنقاذ مركبات الغوانين والهيبوكسانثين وتفادي عملية تفككها وبالوسع إعادة استخدامهما بواسطة الفعالية الحركية والتحفيزية لأنزيم هيبوكسانثين-غوانين فوسفوريبوسيل ترانسفيراز (HGPRT).
الوظائف البيولوجية للغوانين
الغوانين هو أحد القواعد النووية النتروجينية الخمسة الأساسية التي تشكل بنية الشيفرة الوراثية، وبناءً على تسلسل وترتيب هذه القواعد النووية ضمن الأحماض النووية؛ يختلف ترميز الشيفرة الوراثية للبروتينات المختلفة المهمة والمصنعة في الجسم، إذ تؤدي الأحماض النووية دورًا مهمًا في الوظائف الخلوية والوراثة، وفي المحافظة على نجاة الكائن الحي واستمراريته.
بالإضافة لما سبق، ارتبط مركب الغوانين بآليات التمويه والعرض والرؤية، فقد وُجد أنه يتوضع أيضًا في خلايا القزحية في العين، وهي خلايا جلدية متخصصة لدى الأسماك. وتُستخدم بلورات مركبات الغوانين في مستحضرات التجميل لأنها توفر تأثيرًا قزحيًا لامعًا أو بريقًا متلألئًا للعينين.
الآثار الصحية للغوانين
حمض اليوريك هو المنتج الاستقلابي النهائي الناتج عن تفكك المركبات البيورينية (الغوانين احدها). يحتوي النظام الغذائي على المركبات البيورينية التي تتوفر بكميات كبيرة في الكبد والكلى والأعضاء الداخلية الأخرى، وتوجد أيضًا في اللحوم، المأكولات البحرية، القرنبيط، الفول، والفطر ولكن بكميات معتدلة، لذلك عند اتباع نظام غذائي يحوي مستويات عالية من المركبات البيورينية تحدث ما تسمى حالة فرط حمض البول في الدم عندما يكون مستوى حمض البول أكثر من اللازم في الجسم، ما قد يؤدي في النهاية إلى الإصابة بداء النقرس (التهاب في المفاصل) بالإضافة إلى تشكل حصوات في الكلى. لذلك يُنصح الأشخاص الذين يعانون مثل هذه الحالات بتناول نظام غذائي منخفض الكميات إلى حد ما من الأغذية الحاوية على المركبات البيورينية، ويُنصح أيضًا بالامتناع عن تناول الكحوليات والدهون المشبعة أو تجنب تناولها، لأنها تعرقل عملية الاستقلاب الغذائي المناسبة للمركبات البيورينية ضمن الجسم.
نظرة عامة
الأحماض النووية مثل DNA و RNA هي بوليمرات مكونة من نيوكليوتيدات أحادية، تُعد النيوكليوتيدات وحدات بنائية لسلاسل الـ DNA والـ RNA، يتكون كل نيوكليوتيد من حمض الفوسفور وسكر الريبوز الخماسي (الذي يرتبط بذرة الكربون رقم 5 من الحلقة) وقاعدة نيتروجينية (أو قاعدة نووية)، وفي الحمض النووي DNA يكون هذا السكر منقوص الأكسجين.
توجد فئتان رئيسيتان للقواعد النيتروجينية: البيورينات (purine) والبيريميدينات (pyrimidine) التي تضم القواعد النووية الخمسة الأهم وتعدّ الوحدات البنائية الأساسية للشيفرة الجينية: (الأدينين، الغوانين، السيتوزين، الثايمين، واليوراسيل)، اكتشفها أول مرة وعزلها وسماها عالم ألماني في الكيمياء الحيوية ألبريشت كوسيل وطلابه في فترة 1885-1901 وذلك بالتحليلات الكيميائية للأحماض النووية، وكل قاعدة لها ما يُسمى قاعدة مكملة ترتبط بها تحديدًا لتشكل سلاسل DNA و RNA.
خصائص الغوانين
القواعد النيتروجينية البيورينية هي مركبات عضوية عطرية متغايرة الحلقات، إذ تتميز بوجود حلقتين مرتبطتين ببعضهما البعض تتكونان من النيتروجين والكربون (حلقة بيريميدين وحلقة إيميدازول)، والغوانين مركب بيوريني له الصيغة الكيميائية C5H5N5O ويرتبط مع السيتوزين المقابل له في كل من سلاسل DNA و RNA بثلاثة روابط هيدروجينية.
ما الفرق بين الأدنين والغوانين؟
الأدينين والغوانين هما نوعان من القواعد النيتروجينية البيورينية الموجودة في الأحماض النووية، ويتميز الغوانين عن الأدينين بمجموعة الأمين المتوضعة على ذرة الكربون في الموقع رقم 2 من الحلقة، ومجموعة الكربونيل على ذرة الكربون في الموقع رقم 6 من الحلقة العطرية غير المتجانسة (البيريميدين). ويرتبط الغوانين مع السيتوزين المكمّل له بثلاث روابط هيدروجينية في سلاسل DNA و RNA، بينما ترتبط قواعد الأدينين مع قواعد الثايمين المكملة لها في سلاسل الحمض النووي الـ DNA ومع قواعد اليوراسيل في سلاسل الحمض النووي الـ RNA برابطتين هيدروجينيتين.
تفاعلات الغوانين البيولوجية الشائعة
تُصنع البيورينات على شكل نوكليوتيدات مرتبطة بسكر الريبوز وليس على شكل قواعد نيكليوتيدية حرة، والغوانين (كما الأدينين) مشتق من نيوكليوتيد الإينوزين أحادي الفوسفات (IMP) الذي يُصنع من الريبوز المرتبط مع الفوسفات الموجود مسبقًا ويتكون من الأحماض الأمينية (الغلايسين والغلوتامين وحمض الأسبارتيك).
يتفاعل الريبوز 5-فوسفات مع جزيئات ATP لإنتاج 5-فوسفوريبوزيل-1-بيروفوسفات (PRPP). ولهذا المركب دور في الاصطناع الحيوي لكل من القواعد النتروجينية البيورينية والبيريميدينية، ودوره مهم أيضًا في اصطناع مركّبيّ NAD و NADP، ويشارك في مسارات الإنقاذ الخلوية.
عندما يتحويل مركب PRRP إلى 5-فوسفوريبوزيل أمين باستبدال مجموعة البيروفوسفات من مركب PRRP بمجموعة الأميد من الغلوتامين؛ يصبح PRRP ملتزمًا ومنوطًا خصوصًا بالاصطناع الحيوي لقواعد البيورين.
عند البشر، يحدث الاصطناع الحيوي لمركبات البيورين ضمن سيتوبلاسما الخلية الكبدية، حيث تحدث تفاعلات حيوية مسؤولة عن تحويل مركب IMP إما إلى مركب الأدينوسين أحادي الفوسفات (AMP)، أو إلى مركب الغوانوسين أحادي الفوسفات (GMP)، ويتشكل (GMP) عندما تحدث عملية أكسدة على مركب IMP لأول مرة ليتحول إلى مركب الزانثوسين أحادي الفوسفات (XMP) باستخدام مركب NAD.
النيوكليوسيدات التي تتشكل من الغوانين هي الغوانوسين والغوانوسين منقوص الأكسجين. الغوانوسين (أي الغوانين المرتبط بسكر الريبوز) الذي تطرأ عليه عملية الفسفرة بإضافة ثلاث مجموعات من حمض الفوسفور يتحول إلى مركب الغوانوسين ثلاثي الفوسفات (GTP) الذي يُعد أحد الوحدات النيوكليوتيدية الأحادية البنائية للحمض النووي الريبي RNA، وقد يؤدي أيضا دورًا إضافيًا كمرسال ثانوي مهم في نقل الإشارة الخلوية.
أما بالنسبة للغوانوسين منقوص الأكسجين (أي الغوانين المرتبط بسكر ريبوز منقوص الأكسجين) فتطرأ عليه عملية الفسفرة بإضافة ثلاث مجموعات من حمض الفوسفور ليتحول إلى مركب الغوانوسين ثلاثي الفوسفات منقوص الأكسجين (dGTP)، ويُعد أيضًا أحد النيوكليوتيدات البنيوية الأساسية التي تبني سلاسل الحمض النووي DNA.
يسلك مسار تحلل مركب الغوانين عدة مراحل، مرورًا بمركب الزانثين، وصولًا للمركب الانتهائي وهو حمض البول (حمض اليوريك)، فتُزال أولًا مجموعة الأمين من الغوانين بواسطة أنزيم الغواناز ليتحول إلى مركب الزانثين، الذي بدوره يتحول إلى مركب حمض البول بواسطة أنزيم الزانثين أكسيداز. ضمن خلايا البشر والفقاريات الأخرى، تتحلل المركبات البيورينية خارجية المصدر (أي التي لا يصنعها الجسم؛ بل يستمدها من مصادر خارجية كالأغذية) مثل مركبات الأدينين والغوانين في الكبد، ونتيجة لذلك، يتشكل مركب حمض البول المنتج النهائي لعملية تحلل وتفكك المركبات البيورينية، الذي يسلك بدوره مساره من الكبد إلى مجرى الدم الذي يصل من خلاله إلى الكلى، ثم تُطرح مركبات حمض البول كفضلات خارج الجسم عن طريق البول.
من الممكن إنقاذ مركبات الغوانين والهيبوكسانثين وتفادي عملية تفككها وبالوسع إعادة استخدامهما بواسطة الفعالية الحركية والتحفيزية لأنزيم هيبوكسانثين-غوانين فوسفوريبوسيل ترانسفيراز (HGPRT).
الوظائف البيولوجية للغوانين
الغوانين هو أحد القواعد النووية النتروجينية الخمسة الأساسية التي تشكل بنية الشيفرة الوراثية، وبناءً على تسلسل وترتيب هذه القواعد النووية ضمن الأحماض النووية؛ يختلف ترميز الشيفرة الوراثية للبروتينات المختلفة المهمة والمصنعة في الجسم، إذ تؤدي الأحماض النووية دورًا مهمًا في الوظائف الخلوية والوراثة، وفي المحافظة على نجاة الكائن الحي واستمراريته.
بالإضافة لما سبق، ارتبط مركب الغوانين بآليات التمويه والعرض والرؤية، فقد وُجد أنه يتوضع أيضًا في خلايا القزحية في العين، وهي خلايا جلدية متخصصة لدى الأسماك. وتُستخدم بلورات مركبات الغوانين في مستحضرات التجميل لأنها توفر تأثيرًا قزحيًا لامعًا أو بريقًا متلألئًا للعينين.
الآثار الصحية للغوانين
حمض اليوريك هو المنتج الاستقلابي النهائي الناتج عن تفكك المركبات البيورينية (الغوانين احدها). يحتوي النظام الغذائي على المركبات البيورينية التي تتوفر بكميات كبيرة في الكبد والكلى والأعضاء الداخلية الأخرى، وتوجد أيضًا في اللحوم، المأكولات البحرية، القرنبيط، الفول، والفطر ولكن بكميات معتدلة، لذلك عند اتباع نظام غذائي يحوي مستويات عالية من المركبات البيورينية تحدث ما تسمى حالة فرط حمض البول في الدم عندما يكون مستوى حمض البول أكثر من اللازم في الجسم، ما قد يؤدي في النهاية إلى الإصابة بداء النقرس (التهاب في المفاصل) بالإضافة إلى تشكل حصوات في الكلى. لذلك يُنصح الأشخاص الذين يعانون مثل هذه الحالات بتناول نظام غذائي منخفض الكميات إلى حد ما من الأغذية الحاوية على المركبات البيورينية، ويُنصح أيضًا بالامتناع عن تناول الكحوليات والدهون المشبعة أو تجنب تناولها، لأنها تعرقل عملية الاستقلاب الغذائي المناسبة للمركبات البيورينية ضمن الجسم.