Cyclisches Guanosinmonophosphat

  Cyclisches Guanosinmonophosphat (syn. cyclisches GMP, cyclo-GMP oder cGMP) ist in der Biochemie ein Second Messenger und somit einen zellulären Botenstoff, der für die Weiterleitung von Signalen in der Zelle verantwortlich ist (Signaltransduktion). cGMP ist dabei der für das Sehen verantwortliche Second Messenger und ist physiologisch u. a. auch an der Relaxation der glatten Muskulatur der Blutgefäße und der Regulation des Insulinspiegels beteiligt. Die meisten seiner Wirkungen bei der Signaltransduktion entfaltet cGMP vermutlich über die cGMP-abhängige Proteinkinase (Proteinkinase G).

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Biosynthese und Abbau

cGMP entsteht aus Guanosintriphosphat (5'GTP), einem ATP-Analogen. Für diese Umwandlung gibt es mindestens zwei Formen (Isoenzyme) der Guanylylcyclase

• eine ist in die Plasmamembran eingelagert und wird durch die Hormone atriales natriuretisches Peptid (ANP) und BNP stimuliert. Die Hormon-Bindungsstelle zeigt nach außen, die cGMP-bildende Domäne nach innen.
• die andere gibt es im Cytosol bestimmter Zellen. Es handelt sich um ein Häm-Protein, das durch Stickstoffmonoxid (NO) aktiviert wird. Während die Wirkungsdauer von NO (durch Oxidation) limitiert ist, ist seine Freisetzung aus Nitroglycerin ein langsamer Prozess.

Das cGMP-Signal wird durch eine Phosphodiesterase beendet, die den Second Messenger zu Guanosinmonophosphat (5'GMP) hydrolysiert.

Funktion

Welches Signal vermittelt wird, hängt vom Gewebe ab:

• in der Niere und im Darm reguliert es den Ionentransport
• in der glatten Muskulatur signalisiert es Entspannung
• in den Sehzellen (Stäbchen) steigert es den Einstrom von Natriumionen (Na⁺) durch Natriumkanäle
• Insulin scheint den cAMP- und cGMP-Spiegel gegenläufig zu regulieren: Die cAMP-Konzentration sinkt während die des cGMP steigt
• möglicherweise ist cGMP an der Entwicklung von Hirnfunktionen beteiligt

Sehen

• Dunkel: die Sehzelle hat viel cGMP, das einen cGMP-gesteuerten Ionenkanal offen hält. Dadurch ist die Sehzelle depolarisiert und schüttet konstant einen chemischen Überträgerstoff aus (Glutamat). Dieser Überträgerstoff führt zu einer vermehrten Anzahl Aktionspotentiale in der postsynaptischen Nervenzelle

• Licht: Licht bewirkt eine Strukturveränderung der licht-sensitiven Proteine (Rhodopsin), die über GTP-bindende Proteine die Aktivität einer Phosphodiesterase steuern. Die Strukturveränderung aktiviert diese Phosphodiesterasen, so daß diese den cGMP-Gehalt der Sehzelle erniedrigen. Dadurch schließt sich der cGMP-gesteuerte Ionenkanal und die Sehzelle hyperpolarisiert. Deshalb vermindert sich auch die Ausschüttung des Überträgerstoffes auf die nachgeschaltete Nervenzelle und so werden an der postsynaptischen Zelle keine Aktionspotentiale ausgelöst!