ADENILÁT-CIKLÁZ: JELLEMZŐK, TÍPUSOK, FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2025

Az adenilát-cikláz vagy az adenilil-cikláz az ATP átalakításáért felelős enzim, amely egy ciklikus AMP-ben nagy energiájú molekula, egy fontos jelátviteli molekula, amely aktiválja a ciklikus AMP-függő különböző fehérjéket, fontos fiziológiai funkciókkal.

Tevékenységét számos tényező szabályozza, például például a hormonok, neurotranszmitterek és más, eltérő természetű szabályozó molekulák (kétértékű kalciumionok és G-proteinek, néhányat említve) összehangolt hatása.

Adenilát-cikláz diagram (Forrás: Felhasználó Bensaccount az en.wikipedia-n keresztül a Wikimedia Commons segítségével)

Ennek az enzimnek a legfontosabb jelentése a katalizált reakciótermék, a ciklikus AMP, fontossága, mivel részt vesz számos, az anyagcserével és fejlődéssel kapcsolatos celluláris jelenség, valamint a különféle külső ingerekre adott válasz szabályozásában.

A természetben mind az egysejtű organizmusok (viszonylag egyszerűek), mind a nagy és komplex többsejtű állatok ciklikus AMP-t használnak második hírvivőként, és ezért az enzimek, amelyek azt termelik.

A filogenetikai vizsgálatok azt igazolják, hogy ezek az enzimek egy közös ősből származnak, mielőtt az eubakteriákat és az eukariótokat elválasztották, ami arra enged következtetni, hogy a ciklikus AMP más funkcióval rendelkezik, esetleg az ATP-termeléssel kapcsolatban.

Elfogadhatunk egy ilyen állítást, mivel az adenilát-cikláz által katalizált reakció könnyen reverzibilis, ami az ATP szintézis egyensúlyi állandójában látható (K eq ≈ 2,1 ± 0,2 10 -9 M 2).

Jellemzők és felépítés

A legtöbb eukarióta adenilát-cikláz-enzim a plazmamembránhoz kapcsolódik, de baktériumokban és emlősök spermiumsejtjeiben oldódó fehérjékként találhatók meg a citoszolban.

Az élesztőben és néhány baktériumban perifériás membránfehérjék, míg egyes amőbafajokban egyetlen transzmembrán szegmenstel rendelkező molekulák.

Szerkezeti jellemzők

Olyan fehérjék, amelyek nagy polipeptidláncokból állnak (több mint 1000 aminosavmaradékból állnak), amelyek 12-szer áthaladnak a plazmamembránon két alfa-hélix-konformáció hat transzmembrán doménjéből álló tartományon keresztül.

Mindegyik transzmembrán régiót nagy citoszol domén választja el, amely a katalitikus aktivitásért felel.

Az eukarióta organizmusok között vannak konzervált motívumok ezen enzimek aminoterminális régiójának fragmensében, valamint egy kb. 40 kDa citoplazmatikus domén, amelyet a hidrofób szakaszok határolnak.

Katalitikus hely

A reakció, amelyet ezek az enzimek katalizálnak, vagyis egy diészterkötés kialakulása az 3 'pozícióban lévő OH csoport nukleofil támadása révén az 5' helyzetben lévő nukleozid-trifoszfát foszfátcsoportjához, egy közös szerkezeti motívumtól függ, amely a domain Tenyér".

Ez a "pálma" domén egy "βαβααβ" motívumból áll ("β", amely a β-hajtogatott lapokat és "α" -alfa-helikósokat jelent), és két változatlan aszparaginsavmaradékkal rendelkezik, amelyek a két felelős fémiont koordinálják. katalízis, amely lehet kétértékű magnézium vagy cink-ion.

Ezeknek az enzimeknek a kvaterner szerkezetével kapcsolatos számos tanulmány rámutatott, hogy katalitikus egységük dimerként létezik, amelynek kialakulása a transzmembrán szegmensektől függ, amelyek a fehérje kialakulása során kapcsolódnak az endoplazmatikus retikulumba.

Elhelyezkedés

Megállapítottuk, hogy hasonlóan sok integrált membránfehérjéhez, például G-fehérjékhez, azok, amelyek foszfatidil-inozitol-horgonyokkal rendelkeznek, és még sokan mások, az adenil-ciklázok megtalálhatók a speciális membránrégiókban vagy a "lipid rafteknek" nevezett mikrodoménekben is (Angol "lipid raft").

Ezeknek a membrándoméneknek átmérője akár több száz nanométer lehet, és főleg koleszterinből és szfingolipidekből állnak, hosszú, túlnyomórészt telített zsírsavlánccal, ami kevésbé folyékonyvá teszi őket, és lehetővé teszi különböző transzmembrán szegmensek elhelyezkedését fehérjéket.

Adenilát-ciklázokat a "caveolae" néven ismert lipid raftek alrégiókkal (angolul "caveolae") kapcsolatban álltak, amelyek inkább a koleszterinben gazdag membrán és az ehhez kapcsolódó caveolin fehérje invaginációk.

típusai

A természetben az adenilát-cikláznak három jól definiált osztálya van, és kettő közül a jelenleg tárgyalás tárgyát képezi.

- I. osztály: sok gramnegatív baktériumban vannak jelen, például az E. coliban, ahol a reakció ciklikus AMP terméke ligandumként funkcionál transzkripciós faktorok számára, amelyek felelősek a katabolikus operonok szabályozásáért.

- II. Osztály: a baktérium nemzetek egyes kórokozóiban, például a Bacillusban vagy a Bordetella-ban található, ahol extracelluláris toxinokként szolgálnak. Ezek a fehérjéket a gazda kalodulin aktiválja (a baktériumokban nincs).

- III. Osztály: "univerzális" osztályként ismertek, és filogenetikai szempontból rokonok a guanilát ciklázokkal, amelyek hasonló funkciókat látnak el. A prokariótákban és az eukariótokban egyaránt megtalálhatók, ahol különböző útvonalak szabályozzák őket.

Emlősök adenilát ciklázai

Emlősökben ezen enzimek legalább kilenc típusát klónozták és leírták, kilenc független gén kódolja és a III. Adenil-cikláz osztályba tartoznak.

Megosztják a bonyolult szerkezeteket és a membrán topológiákat, valamint a rájuk jellemző duplikált katalitikus doméneket.

Az emlősök esetében az izoformákra vonatkozó nómenklatúra megfelel az AC betűknek (az adenilát-cikláz esetében) és az 1-től 9-ig terjedő számoknak (AC1 - AC9). Az AC8 enzim két változatáról is beszámoltak.

Az ezekben az állatokban előforduló izoformák homológok a katalitikus helyeik primer szerkezetének szekvenciája és a háromdimenziós szerkezet szempontjából. Ezen enzimek egyikének beépítése az egyes "típusokba" elsősorban az egyes izoformákon működő szabályozási mechanizmusokhoz kapcsolódik.

A kifejezési minták gyakran szövetspecifikusak. Valamennyi izoforma megtalálható az agyban, bár néhány a központi idegrendszer meghatározott területeire korlátozódik.

Jellemzők

Az Adenylate Cyclase családba tartozó enzimek fő funkciója az ATP ciklikus AMP -vé történő átalakítása, és ehhez katalizálják egy intramolekuláris 3'-5 'diészterkötést (hasonló reakció, mint a DNS-polimerázok által katalizált). pirofoszfát molekula felszabadulásával.

Az emlősökben a különféle elérendő változatok a sejtproliferációval, az etanol-függőséggel, a szinaptikus plaszticitással, a gyógyszerfüggőséggel, a cirkadián ritmussal, a szaglás stimulációval, a tanulással és az emlékezettel kapcsolatosak.

Egyes szerzők azt sugallták, hogy az adenilát-ciklázok további funkcióval bírhatnak, mint transzporter molekulák, vagy, ami ugyanaz, a csatornafehérjék és az ionos transzporterek.

Ezeket a hipotéziseket azonban csak ezen enzimek transzmembrán szegmenseinek elrendezése vagy topológiája alapján tesztelték, amelyek bizonyos homológiákkal vagy szerkezeti hasonlóságokkal rendelkeznek (de nem sorrendben) bizonyos ionszállító csatornákkal.

Mind a ciklikus AMP, mind a PPi (pirofoszfát), amelyek a reakció termékei, működnek sejt szinten; de fontossága attól a szervezettől függ, ahol vannak.

Szabályozás

Az adenyil-ciklázok közötti nagy szerkezeti sokféleség nagy érzékenységet mutat a szabályozás több formája iránt, ami lehetővé teszi számukra, hogy beépüljenek a celluláris jelátviteli útvonalak sokféle változatába.

Ezen enzimek némelyikének katalitikus aktivitása az alfa-ketoacidoktól függ, míg másoknak sokkal összetettebb szabályozási mechanizmusai vannak, amelyek szabályozó alegységeket tartalmaznak (stimulációval vagy gátlással), amelyek például függnek a kalciumtól és más általánosan oldódó tényezőktől, valamint más fehérjék.

Számos adenilát-ciklázot egyes G-fehérjék alegységei negatívan szabályozzák (gátolják funkciójukat), míg mások inkább aktiváló hatást fejtenek ki.

Irodalom

1. Cooper, DMF (2003). Az adenilil-ciklázok és a cAMP szabályozása és szervezése. Biochemical Journal, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., és Karpen, J. (1995). Adenil-ciklázok, valamint a kalcium és a cAMP jelátvitel kölcsönhatása. Nature, 374, 421-424.
3. Danchin, A. (1993). Az adenilil-ciklázok filogenéja. Előrelépések a második üzenetküldő és a foszforprotein kutatásban, 27, 109–135.
4. Hanoune, J. és Defer, N. (2001). Az adenil-cikláz-izoformák szabályozása és szerepe. Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. 41, 145-174.
5. Linder, U., és Schultz, JE (2003). III. Osztályú adenilil-ciklázok: többcélú jelzőmodulok. Cellular Signaling, 15, 1081-1089.
6. Tang, W. és Gilman, AG (1992). Adenilil-ciklázok. Cell, 70, 669-672.