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cGMP

環化核苷酸種類之一

cGMP是一類環化核苷酸。英文全稱cyclic guanosine monophosphate,中文名環磷酸鳥苷,cGMP是一種具有細胞內信息傳遞作用的第二信使(second messenger),可被G蛋白偶聯受體(G-protein linked receptor)激活的蛋白激酶(protein kinases )活化,進而將胞外信號轉導至細胞核

簡介


在哺乳動物組織和體液中,有第二種嘌呤核苷環一磷酸即cGMP的存在,它是在證實cAMP有重要調節作用,幾年後被證明了的。曾經有人認為cGMP也可能作為第二信使,特別是作為其效應與以cAMP為媒介的激素相對抗的那些激素的信使。Goldberg等,(1975) 建議cAMP與cGMP的作用通常可能是協同作用,但在“雙向”生物體系中則呈現相反的調節影響。現已證明很多種激素和其他的操縱物影響許多組織中cOMP的含量,而且還發現了cGMP的改變是與同時發生的cAMP的改變相反這一般規律不同的例外情況。關於cGMP的代謝意義和作用方式的資料主要是按尋求與cAMP類似之處而得到的,雖然這種探討方式的局限性已經言人強調(Goldberg和HaddOX,1977)。組織中cGMP的含量往往低於cAMP的含量,而且由於激素所產生的含量變化常常很小並且是瞬間的,但由於高度敏感和特異的放射免疫測定法的發展,使cGMP測定中最初所遇到的方法學上的困難得以克服。

合成途徑


cGMP的結構式
cGMP的結構式
鳥苷酸環化酶(guanylate cyclase, GC)可將三磷酸鳥苷(guanosine triphosphate, GTP)催化為cGMP。其中,與膜受體結合的鳥苷酸環化酶和可以在膜受體與肽類激素(如心房鈉尿肽)結合后被激活。而胞質中的遊離鳥苷酸環化酶可被NO激活進而合成cGMP。

信號途徑


動物細胞中還存在另一類與cAMP起拮抗作用的信使,稱環磷酸鳥苷酸(cGMP),由鳥苷酸環化酶(GC)分解GTP產生,但其含量還不到cAMP的1/10。GC多為膜中可溶性蛋白,與受體分開存在。
已知細胞中的cGMP和cAMP濃度和作用相對抗,如當胞內cAMP水平升高時,糖原分解成葡萄糖;而cGMP升高則促葡萄糖合成糖原。cAMP升高,促細胞基因表達合成特異蛋白質,使細胞分化;cGMP升高則加快DNA複製,細胞分裂增殖。但細胞中cGMP的信號機制仍知之甚少。僅知eGMP能活化胞內蚤白激酶G(G一激酶),磷酸化相應的靶蛋白,引起細胞效應。
在cGMP信號途徑中研究較多的是脊椎動物視桿細胞的光感效應。在暗處,細翻內cGMP合成增加,cGMP水平升高,cGMP直接與視桿細胞膜上Na+通道結合,使Na通道開放,Na+入胞,使膜去極化,產生光感效應。在亮處,光子與視桿細胞膜的視紫紅質(rhodapsin,Rh),即光受體結合,Rh被活化,構象改變,偶聯並活化光的轉導蛋白(trans—ducin,Gt),Gt蛋白的a亞單位(Gtα)被活化,改變結合GDP為GTP,構象改變,與βγ脫離,Gtα活化依賴cGMP一磷酸二酯酶(cGMP—PDE),水解cGMP,使cGMP水平下降,Na通道關閉,細胞超極化,光信號轉變成電信號,這就是視桿細胞對光敏感的原因。

生理效應


鳥苷酸環化酶通常參與細胞膜離子通道的開啟、糖原分解細胞凋亡以及舒張平滑肌。血管平滑肌的舒張可以使血管擴張進而增加血流量。

降解途徑


和大多數環化核苷酸一樣,環磷酸鳥苷可以被磷酸二酯酶(phosphodiesterases, PDE)水解為5'-磷酸鳥苷。

藥物信息


中文名稱 cGMP
CAS NO. 7665-99-8
中文別名鳥嘌呤核糖苷-3',5'-環磷酸酯; 3ˊ,5ˊ-環一磷酸鳥苷; 鳥苷-3ˊ,5ˊ-環一磷酸
英文名稱 Caged cGMP
英文別名 Guanosine 3',5'-cyclophosphate; cyclicgmp; 3',5'-CGMP; 3:5-CGMP; GUANOSINE 3':5'-CYCLIC MONOPHOSPHATE; GUANOSINE-3',5'-CYCLIC-MONOPHOSPHORIC ACID; GUANOSINE-3':5'-CYCLIC MONOPHOSPHORIC ACID; CGMP, GUANOSINE-3',5'-CYCLIC MONOPHOSPHATE; CGMP; 2-amino-9-(2,7-dihydroxy-2-oxidotetrahydro-4H-furo[3,2-d][1,3,2]dioxaphosphinin-6-yl)-3,9-dihydro-6H-purin-6-one; 2-amino-9-[(4aR,6R,7R,7aS)-2,7-dihydroxy-2-oxidotetrahydro-4H-furo[3,2-d][1,3,2]dioxaphosphinin-6-yl]-3,9-dihydro-6H-purin-6-one
分子式 C10H12O7N5P
分子量 346.2
性狀: 本品為白色粉末,易溶於水,不溶於乙醇,在PH1條件下A250/A260 =0.96±0.05; A280/A260 =0.67±0.03; λmax=256±1nm。本品可用作醫藥化工的中間體和生化試劑 儲存條件 −20°C 溶解度 1% sodium bicarbonate: 50 mg/mL form powder color white

細胞內信使


環磷酸鳥苷(cyclic GMP,cGMP)為廣泛存在於動物細胞的胞內信使(第二信使),其他重要的第二信使還包括:cAMP(環磷酸腺苷)、二脂醯甘油(DAG)、三磷酸肌醇(IP3)和鈣離子等。cGMP是由鳥苷酸環化酶(GC)催化並水解GTP(三磷酸鳥苷)后形成的。cGMP可被細胞中的磷酸二酯酶(PDE)水解,因此細胞中cGMP的含量高低受GC與PDE的雙重調節。
作用的靶分子:
1.PDE。在很多類型的細胞中,存在cGMP激活型PDE及cGMP抑制型PDE。cGMP可通過激活或抑制上述PDE來調節cAMP的濃度及cAMP/PKA信號通路。(注PKA即依賴cAMP的的蛋白激酶A,cAMP-dependent protein kinase A)
2.環化核苷酸門控陽離子通道。在視網膜及嗅覺系統中,cGMP可通過變構作用,開放環化核苷酸陽離子門控通道(CNC),後者對於上述感覺信號的產生是至關重要的。
3.PKG(cGMP依賴蛋白激酶G,cGMP-dependent protein kinase G)。在多數細胞中,cGMP作用的主要靶分子是PKG。PKG也稱G激酶(G kinase,GK)。
4.此外,cGMP還影響有其他一些生物學功能,如腸分泌,腎素釋放與骨生長。