ADENYLAT SYKLASE: EGENSKAPER, TYPER, FUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

Den adenylatcyklase eller adenylylcyklase er enzymet som er ansvarlig for omdannelsen av ATP, et molekyl med høy energi i cyklisk AMP, en viktig signalmolekyl som aktiverer forskjellige proteiner som cyklisk AMP-avhengige med viktige fysiologiske funksjoner.

Dets aktivitet styres av forskjellige faktorer som for eksempel den samordnede virkningen av hormoner, nevrotransmittere og andre regulatoriske molekyler av forskjellig art (divalente kalsiumioner og G-proteiner, for å nevne noen).

Diagram over adenylatsyklase (Kilde: User Bensaccount på en.wikipedia via Wikimedia Commons)

Hovedtyngden av dette enzymet ligger i viktigheten av reaksjonsproduktet som det katalyserer, syklisk AMP, siden det deltar i kontrollen av mange cellulære fenomener relatert til metabolisme og utvikling, samt responsen på forskjellige ytre stimuli.

I naturen bruker både encellede organismer (relativt enkle) og store og komplekse flercellede dyr syklisk AMP som en annen messenger, og derfor enzymer som produserer den.

Filogenetiske studier viser at disse enzymene er avledet fra en felles stamfar før separasjonen av eubakterier og eukaryoter, noe som antyder at syklisk AMP hadde forskjellige funksjoner, kanskje relatert til ATP-produksjon.

Det er mulig å akseptere en slik uttalelse, siden reaksjonen katalysert av adenylatcyklase lett er reversibel, noe som kan sees i likevektskonstanten for ATP-syntese (K eq ≈ 2,1 ± 0,2 10-9 M 2).

Kjennetegn og struktur

De fleste eukaryote adenylat-syklaseenzymer er assosiert med plasmamembranen, men i bakterier og pattedyrs sædceller finnes de som oppløselige proteiner i cytosolen.

I gjær og noen bakterier er de perifere membranproteiner, mens de i visse amøbearter er molekyler med et enkelt transmembransegment.

Strukturelle egenskaper

De er proteiner sammensatt av store polypeptidkjeder (med mer enn 1000 aminosyrerester), som krysser plasmamembranen 12 ganger gjennom to regioner sammensatt av seks transmembrane domener med alfa-helixkonformasjon.

Hver transmembranregion er separert av et stort cytosolisk domene, som er ansvarlig for katalytisk aktivitet.

Blant eukaryote organismer er det noen konserverte motiv i et fragment av den aminoterminale regionen til disse enzymene, samt et cytoplasmatisk domene på rundt 40 kDa, som er avgrenset av de hydrofobe seksjoner.

Katalytisk side

Reaksjonen som disse enzymene katalyserer, det vil si dannelsen av en diesterbinding gjennom et nukleofilt angrep av OH-gruppen i posisjon 3 'til fosfatgruppen til nukleosidtrifosfat i posisjon 5', avhenger av et vanlig strukturelt motiv kjent som domenet Palm".

Dette "palme" -domenet er sammensatt av et "βαβααβ" -motiv ("β" som betyr ß-brettede ark og "α" alfa-helikser) og har to ufravikelige asparaginsyrerester som koordinerer de to ansvarlige metallionene katalyse, som kan være divalente magnesium- eller sinkioner.

Mange studier relatert til den kvaternære strukturen til disse enzymene har avslørt at deres katalytiske enhet eksisterer som en dimer hvis dannelse avhenger av transmembransegmentene, som blir med i den endoplasmatiske retikulum under dannelsen av proteinet.

plassering

Det er blitt bestemt at i likhet med mange integrerte membranproteiner, så som G-proteiner, de med fosfatidylinositol-ankere, og mange andre, så finner man adenylsyklaser i spesielle membranregioner eller mikrodomener kjent som "lipidflåter" (fra Engelsk "lipid raft").

Disse membrandomenene kan være opp til hundrevis av nanometer i diameter og består hovedsakelig av kolesterol og sfingolipider med lange og hovedsakelig mettede fettsyrekjeder, noe som gjør dem mindre flytende og tillater innkvartering av transmembransegmenter av forskjellige proteiner.

Adenylatsykluser er også funnet assosiert med underregioner av lipidflåter kjent som "caveolae" (fra engelsk "caveolae"), som er ganske invagasjoner av membranen rik på kolesterol og et protein assosiert med dette kalt caveolin.

typer

I naturen er det tre veldefinerte klasser av adenylat-syklase og to som for tiden er gjenstand for diskusjon.

- Klasse I: de er til stede i mange gramnegative bakterier som E. coli, for eksempel der det sykliske AMP-produktet av reaksjonen har funksjoner som en ligand for transkripsjonsfaktorer som er ansvarlige for regulering av kataboliske operoner.

- Klasse II: finnes i noen patogener av bakterier, som Bacillus eller Bordetella, der de fungerer som ekstracellulære giftstoffer. De er proteiner som er aktivert av verts calmodulin (fraværende i bakterier).

- Klasse III: kjent som den "universelle" klassen og er fylogenetisk relatert til guanylat-syklaser, som utfører lignende funksjoner. De finnes i både prokaryoter og eukaryoter, der de er regulert av forskjellige veier.

Adenylat-syklaser fra pattedyr

Hos pattedyr er minst ni typer av disse enzymene klonet og beskrevet, kodet av ni uavhengige gener og tilhører adenylcyklaseklasse III.

De deler komplekse strukturer og membrantopologier, så vel som dupliserte katalytiske domener som er karakteristiske for dem.

For pattedyr tilsvarer nomenklaturen som brukes til å referere til isoformer bokstavene AC (for adenylatsyklase) og et tall fra 1 til 9 (AC1 - AC9). To varianter av AC8-enzymet er også rapportert.

Isoformene som er tilstede i disse dyrene er homologe med hensyn til sekvensen av den primære strukturen på deres katalytiske steder og den tredimensjonale strukturen. Inkluderingen av en av disse enzymene i hver "type" er hovedsakelig relatert til reguleringsmekanismene som opererer på hver isoform.

De har uttrykksmønstre som ofte er vevsspesifikke. Alle isoformer finnes i hjernen, selv om noen er begrenset til spesifikke områder i sentralnervesystemet.

Egenskaper

Hovedfunksjonen til enzymene som tilhører Adenylate Cyclase-familien er å transformere ATP til syklisk AMP, og for dette katalyserer de dannelsen av en intramolekylær 3'-5'-diesterbinding (reaksjon som ligner på den katalysert av DNA-polymeraser). med frigjøring av et pyrofosfatmolekyl.

Hos pattedyr har de forskjellige variantene som kan oppnås vært relatert til celleproliferasjon, etanolavhengighet, synaptisk plastisitet, medikamentavhengighet, døgnrytme, luktestimulering, læring og hukommelse.

Noen forfattere har antydet at adenylatsyklaser kan ha en tilleggsfunksjon som transportørmolekyler eller, hva er det samme, kanalproteiner og ioniske transportører.

Imidlertid har disse hypotesene bare blitt testet basert på arrangementet eller topologien av transmembransegmentene til disse enzymene, som deler noen homologier eller strukturelle likheter (men ikke sekvens) med visse ionetransportkanaler.

Både syklisk AMP og PPi (pyrofosfat), som er produktene fra reaksjonen, har funksjoner på cellenivå; men viktigheten avhenger av organismen der de er.

Regulering

Det store strukturelle mangfoldet blant adenylsyklaser viser en stor følsomhet for flere former for regulering, noe som gjør at de kan integreres i et stort utvalg av cellulære signalveier.

Den katalytiske aktiviteten til noen av disse enzymene avhenger av alfa-ketosyrer, mens andre har mye mer komplekse reguleringsmekanismer som involverer regulatoriske underenheter (ved stimulering eller hemming) som avhenger av for eksempel kalsium og andre generelt løselige faktorer, så vel som av andre proteiner.

Mange adenylatsyklaser er negativt regulert av underenheter av noen G-proteiner (hemmer deres funksjon), mens andre får mer aktiverende effekter.

referanser

1. Cooper, DMF (2003). Regulering og organisering av adenylyl syklaser og cAMP. Biochemical Journal, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., & Karpen, J. (1995). Adenylyl syklaser og samspillet mellom kalsium og cAMP signalering. Naturen, 374, 421-424.
3. Danchin, A. (1993). Filogeni av Adenylyl Cyclases. Fremskritt innen annen messenger- og fosfoproteinforskning, 27, 109–135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Regulering og rolle for Adenylyl Cyclase Isoforms. Ann. Pastor Pharmacol. Toxicol. 41, 145-174.
5. Linder, U., & Schultz, JE (2003). Adenylyl-syklaser i klasse III: signalbruk moduler til flere formål. Cellular Signaling, 15, 1081-1089.
6. Tang, W., & Gilman, AG (1992). Adenylyl Cyclases. Cell, 70, 669-672.