CYKLISK FÖRSTÄRKARE: STRUKTUR OCH FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den cykliska AMP eller adenosin 3 ', 5'-monofosfat är en cyklisk nukleotid som fungerar som sekundär budbärare och är en del av grundelementen i biokemisk intracellulär kontroll och kommunikation i många levande organismer.

Dess existens demonstrerades för nästan 70 år sedan av Sutherland och Rall (1958), som beskrev fenomenet ackumulering av denna nukleotid i leverceller som ett resultat av administreringen av epinefrin (adrenalin).

Kemisk struktur för cyklisk AMP (källa: Wesalius via Wikimedia Commons)

Sedan upptäckten har cyklisk AMP förknippats hos däggdjur med verkan av många hormoner, med endokrin och exokrin sekretion, med frigörandet av neurotransmittorer vid synapsen och neuromuskulära korsningar, bland många andra funktioner.

Dess syntes katalyseras av tre familjer av proteiner associerade med plasmamembranet känt som adenylcyklas eller adenylatcyklas, som kan producera den cykliska föreningen från ATP och släppa pyrofosfat i cellen.

Dess nedbrytning, å andra sidan, förmedlas av enzymer från fosfodiesterasfamiljen, som är lösliga proteiner som huvudsakligen finns i cytosolen.

Dessa enzymer, och därför cykliska AMP, finns i extremt olika organismer, lika enkla som encelliga alger och många andra mikroorganismer (bakterier och andra) och så komplexa som flercelliga djur med komplicerade signalvägar.

Även om dess närvaro i växter diskuteras, finns det vissa bevis som indikerar att vissa växtarter har adenylatcyklasaktivitet, även om dess funktion inte har fastställts tillfredsställande.

Strukturera

Den kemiska strukturen för cyklisk AMP har klargjorts genom röntgenkristallografi och genom proton-kärnmagnetisk resonansstudier.

Detta är en cyklisk molekyl som är stabil att värma ("värmestabil") och mer stabil mot alkalisk hydrolys än dess icke-cykliska motsvarighet, AMP eller adenosinmonofosfat.

Liksom alla fosfatnukleotider har cyklisk AMP en fosfatgrupp bunden till kolsyret i 5'-positionen för en ribosmolekyl, som i sin tur är fäst vid en heterocyklisk kvävebas via kolet i 1'-läget och det motsvarar en adenin.

Fosfatgruppen i ribossockret, till skillnad från de icke-cykliska fosfatnukleotiderna, smälts i trans genom en fosfodiesterbindning med oxygnen i kolhydraten i 3 'och 5' positionen av ribos (3 ', 5'- transfuserat fosfat).

Denna bindning begränsar rörelsen hos furanringen som bildar ribos och omsluter fosfatgruppen i en "stol" -konformation.

Jämfört med icke-cykliska nukleotider är cykliska AMP och andra relaterade nukleotider mindre och mindre polära molekyler, vilket är en viktig faktor för deras differentiering med proteiner som svarar på dem.

Konformationen av den glykosidiska bindningen som uppstår mellan ribos och adeninringen har viss rotationsfrihet. Detta är också en viktig strukturell parameter för dess distinktion från andra nukleotider (inte bara är kvävebasens identitet).

Funktioner

Som en sekundär messenger deltar cyklisk AMP i aktiveringen av många signalprocesser (efter dess syntes) eller i aktiveringen av olika enzymer "nedströms" i signaleringskaskaden genom vilken den produceras.

Det deltar i leverglykogenolys och i frisläppandet av insulin från bukspottkörteln, i frisättningen av amylas från spottkörtlarna och i östrogenens verkan.

Det har universella funktioner i kontrollen av genuttryck och i integrationen av flera metaboliska funktioner. Många cytokiner använder både kalcium och cyklisk AMP för att utföra sina funktioner.

Bland de hormoner som använder cyklisk AMP i dess signalprocesser (antingen genom att öka eller minska dess intracellulära koncentration) kan inkluderas katekolaminer, glukagon, vasopressin, parathyreoidahormon, prostaglandiner, insulin, melatonin och adrenalin, bland andra.

En annan av dess många funktioner är att hämma tillväxten, differentieringen och spridningen av T-celler hos däggdjur, troligen genom aktivering eller induktion av en repressor av de reglerande cytokinerna av dessa processer i sådana celler.

Cykliska AMP och adenylatcyklaser som producerar det är också relaterade till funktionen hos många G-proteinkopplade proteinreceptorer, som är associerade med olika signalmekanismer och andra viktiga cellulära processer.

Vid glukosmetabolism

Hos däggdjur spelar cyklisk AMP en roll i att reglera den glykolytiska och glukoneogena vägen genom hämningen av aktiviteten hos enzymet fosfofruktokinas 2 (PFK-2), som katalyserar den andra reaktionen av glykolys.

Mekanismen involverar deltagandet av hormonet glukagon i aktiveringen av leveradenylatcyklas, vilket orsakar en avsevärd ökning i koncentrationen av cyklisk AMP.

Denna cykliska AMP aktiverar ett cAMP-beroende proteinkinas som fosforylerar och hämmar fosfofruktokinasaktiviteten hos PFK-2, som är ett bifunktionellt enzym med fruktosbisfosfatasaktivitet.

Hur sker signalprocessen som involverar cyklisk AMP?

En första messenger (med variabel kemisk natur) som når en specifik cell som en yttre stimulans interagerar med ett adenylatcyklasenzym i plasmamembranet, vilket inducerar produktionen av cykliskt AMP.

Ökningen i koncentrationen av cyklisk AMP fungerar vid aktivering av andra faktorer (i allmänhet enzymatiska) som har ytterligare funktioner för hämning eller aktivering av metaboliska processer eller gentranskription, bland andra.

Vem aktiverar den cykliska AMP?

En av huvudfunktionerna förknippade med denna reglerande molekyl är aktiveringen av fosforylas- eller kinasenzymer, som katalyserar tillsatsen eller avlägsnandet av fosforylgrupper till andra proteiner och enzymer.

Normalt åtföljs excitationen av en cell av en ökning i koncentrationen av cyklisk AMP, samtidigt med en ökning av transporten av kalcium in i cellen som har funktioner i aktiveringen av de cykliska AMP-producerande adenylcyklasenzymerna.

Både syntesen och överföringen av meddelandet och nedbrytningen av cyklisk AMP i celler är finreglerade processer som deltar i upprätthållandet av kroppshomeostas.

referenser

1. Bopp, T., Becker, C., Klein, M., Klein-heßling, S., Palmetshofer, A., Serfl, E., … Schmitt, E. (2007). Cykliskt adenosinmonofosfat är en nyckelkomponent i regulatorisk T-cellmedierad undertryckning. Journal of Experimental Medicine, 204 (6), 1303–1310.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger principer för biokemi. Omega Editions (5: e upplagan).
3. Newton, RP, & Smith, CJ (2004). Cykliska nukleotider, 65, 2423–2437.
4. Rasmussen, H. (1970). Cellkommunikation, kalciumjon och cykliskt adenosinmonofosfat. Science, 170, 404-412.
5. Rasmussen, H., & Tenenhouse, A. (1968). Cyklisk adenosinmonofosfat, Ca ++ och membran. Biokemi, 59, 1364-1370.