ADENYLATCYKLAS: EGENSKAPER, TYPER, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den adenylatcyklas eller adenylylcyklas är det enzym som ansvarar för omvandling av ATP, en molekyl av hög energi i cykliskt AMP, en viktig signalmolekyl som aktiverar olika proteiner cykliskt AMP-beroende med viktiga fysiologiska funktioner.

Dess aktivitet styrs av olika faktorer, såsom till exempel den samordnade verkan av hormoner, neurotransmittorer och andra reglerande molekyler av olika natur (tvåvärda kalciumjoner och G-proteiner, för att nämna några).

Adenylatcyklasdiagram (Källa: User Bensaccount på en.wikipedia via Wikimedia Commons)

Huvuddelen av detta enzym ligger i vikten av reaktionsprodukten som den katalyserar, cyklisk AMP, eftersom det deltar i kontrollen av många cellfenomen relaterade till ämnesomsättning och utveckling, samt svaret på olika yttre stimuli.

I naturen använder både encelliga organismer (relativt enkla) och stora och komplexa flercelliga djur cyklisk AMP som en andra budbärare, och därför enzymerna som producerar den.

Filogenetiska studier visar att dessa enzymer härstammar från en gemensam förfader före separationen av eubakterier och eukaryoter, vilket antyder att cyklisk AMP hade olika funktioner, kanske relaterade till ATP-produktion.

Det är möjligt att acceptera detta uttalande, eftersom reaktionen katalyserad av adenylatcyklas lätt är reversibel, vilket kan ses i jämviktskonstanten för ATP-syntes (K ekv. ≈ 2,1 ± 0,2 10-9 M 2).

Egenskaper och struktur

De flesta eukaryota adenylatcyklasenzymer är förknippade med plasmamembranet, men i bakterier och i däggdjurens spermier finns de som lösliga proteiner i cytosolen.

I jäst och vissa bakterier är de perifera membranproteiner, medan de i vissa amöbearter är molekyler med ett enda transmembransegment.

Strukturella egenskaper

De är proteiner som består av stora polypeptidkedjor (med mer än 1 000 aminosyrarester), som korsar plasmamembranet 12 gånger genom två regioner sammansatta av sex transmembrandomäner med alfa-helixkonformation.

Varje transmembranregion separeras av en stor cytosolisk domän som är ansvarig för katalytisk aktivitet.

Bland eukaryota organismer finns det några konserverade motiv i ett fragment av den aminoterminala regionen av dessa enzymer, liksom ett cytoplasmatiskt domän på cirka 40 kDa, som avgränsas av de hydrofoba sektionerna.

Katalytisk plats

Reaktionen som dessa enzymer katalyserar, det vill säga bildandet av en diesterbindning genom en nukleofil attack av OH-gruppen i position 3 'till fosfatgruppen i nukleosidtrifosfat i position 5', beror på ett gemensamt strukturellt motiv känt som domänen Handflatan".

Denna "palm" -domän består av ett "βαβααβ" -motiv ("β" som betyder de ß-vikta arken och "α" alfa-helikterna) och har två oundvikliga asparaginsyrarester som koordinerar de två ansvariga metalljonerna katalys, som kan vara tvåvärda magnesium- eller zinkjoner.

Många studier relaterade till den kvaternära strukturen hos dessa enzymer har avslöjat att deras katalytiska enhet existerar som en dimer vars bildning beror på transmembransegmenten, som förenar sig i den endoplasmiska retikulum under proteinbildningen.

Plats

Det har fastställts att liksom många integrerade membranproteiner, såsom G-proteiner, de med fosfatidylinositolankare, och många andra, finns adenylcyklaser i speciella membranregioner eller mikrodomäner kända som "lipidflåtar" (från Engelska "lipidaft".

Dessa membrandomäner kan vara upp till hundratals nanometer i diameter och består huvudsakligen av kolesterol och sfingolipider med långa, övervägande mättade fettsyrakedjor, vilket gör dem mindre flytande och möjliggör boende i transmembransegment av olika proteiner.

Adenylatcyklaser har också hittats förknippade med subregioner av lipidflotte kända som "caveolae" (från engelska "caveolae"), som är ganska invaginationer av membranet som är rikt på kolesterol och ett protein associerat med detta kallas caveolin.

typer

I naturen finns det tre väldefinierade klasser av adenylatcyklas och två som för närvarande diskuteras.

- Klass I: de finns i många Gram-negativa bakterier såsom E. coli, till exempel, där den cykliska AMP-produkten av reaktionen har funktioner som en ligand för transkriptionsfaktorer som är ansvariga för reglering av kataboliska operoner.

- Klass II: finns i vissa patogener av bakteriegener som Bacillus eller Bordetella, där de fungerar som extracellulära toxiner. De är proteiner aktiverade av värdkalmodulin (frånvarande i bakterier).

- Klass III: känd som den "universella" klassen och är fylogenetiskt relaterade till guanylatcyklaser, som utför liknande funktioner. De finns i både prokaryoter och eukaryoter, där de regleras av olika vägar.

Adenylatcyklaser från däggdjur

Hos däggdjur har minst nio typer av dessa enzymer klonats och beskrivits, kodade av nio oberoende gener och tillhörande adenylcyklasklass III.

De delar komplexa strukturer och membrantopologier, såväl som de duplicerade katalytiska domänerna som är karakteristiska för dem.

För däggdjur motsvarar nomenklaturen som används för att hänvisa till isoformer bokstäverna AC (för adenylatcyklas) och ett tal från 1 till 9 (AC1 - AC9). Två varianter av AC8-enzymet har också rapporterats.

Isoformerna som finns i dessa djur är homologa med avseende på sekvensen för den primära strukturen på deras katalytiska ställen och den tredimensionella strukturen. Införandet av ett av dessa enzymer i varje "typ" är huvudsakligen relaterat till regleringsmekanismerna som fungerar på varje isoform.

De har uttrycksmönster som ofta är vävnadsspecifika. Alla isoformer finns i hjärnan, även om vissa är begränsade till specifika områden i centrala nervsystemet.

Funktioner

Huvudfunktionen för enzymerna som tillhör Adenylate Cyclase-familjen är att omvandla ATP till cyklisk AMP och för detta katalyserar de bildningen av en intramolekylär 3'-5'-diesterbindning (reaktion liknande den som katalyseras av DNA-polymeraser). med frisättningen av en pyrofosfatmolekyl.

Hos däggdjur har de olika varianterna som kan uppnåtts varit relaterade till cellproliferation, etanolberoende, synaptisk plastisitet, läkemedelsberoende, cirkadisk rytm, luktstimulering, lärande och minne.

Vissa författare har föreslagit att adenylatcyklaser kan ha en ytterligare funktion som transportermolekyler eller, vad är samma, kanalproteiner och jontransportörer.

Emellertid har dessa hypoteser endast testats baserat på arrangemanget eller topologin för transmembransegmenten för dessa enzymer, som delar vissa homologier eller strukturella likheter (men inte sekvens) med vissa jontransportkanaler.

Både cykliska AMP och PPi (pyrofosfat), som är reaktionens produkter, har funktioner på cellnivå; men deras vikt beror på organismen där de är.

förordning

Den stora strukturella mångfalden bland adenylcyklaser visar en stor känslighet för flera former av reglering, vilket gör att de kan integreras i en mängd olika cellulära signalvägar.

Den katalytiska aktiviteten hos några av dessa enzymer beror på alfaketosyror, medan andra har mycket mer komplexa regleringsmekanismer som involverar reglerande underenheter (genom stimulering eller hämning) som beror till exempel på kalcium och andra generellt lösliga faktorer, liksom av andra proteiner.

Många adenylatcyklaser regleras negativt av underenheter av vissa G-proteiner (hämmar deras funktion), medan andra har mer aktiverande effekter.

referenser

1. Cooper, DMF (2003). Reglering och organisering av adenylylcykler och cAMP. Biochemical Journal, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., & Karpen, J. (1995). Adenylylcyklaser och interaktionen mellan kalcium och cAMP-signalering. Nature, 374, 421-424.
3. Danchin, A. (1993). Filogen av Adenylyl-cyklaser. Framsteg inom andra Messenger och fosfoproteinforskning, 27, 109–135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Reglering och roll för Adenylyl-cyklas-isoformer. Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. 41, 145-174.
5. Linder, U., & Schultz, JE (2003). Adenylylcykler i klass III: signalmoduler för flera ändamål. Cellular signalering, 15, 1081-1089.
6. Tang, W., & Gilman, AG (1992). Adenylyl-cyklaser. Cell, 70, 669-672.