ADENYLÁTCYKLÁZA: VLASTNOSTI, TYPY, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Adenylátcyklázy alebo adenylylcyklázu je enzým zodpovedný za konverziu ATP, molekuly s vysokou energiou v cyklického AMP, dôležitý signálny molekuly, ktorý aktivuje rôzne proteíny, cyklický AMP-dependentný s dôležitými fyziologickými funkciami.

Jeho aktivita je riadená rôznymi faktormi, ako napríklad spoločným pôsobením hormónov, neurotransmiterov a iných regulačných molekúl rôznej povahy (napríklad dvojmocné ióny vápnika a G proteíny).

Schéma adenylátcyklázy (Zdroj: Užívateľský účet na en.wikipedia prostredníctvom Wikimedia Commons)

Hlavný význam tohto enzýmu spočíva v dôležitosti produktu reakcie, ktorý katalyzuje, cyklického AMP, pretože sa podieľa na kontrole mnohých bunkových javov súvisiacich s metabolizmom a vývojom, ako aj na reakcii na rôzne vonkajšie podnety.

V prírode tak jednobunkové organizmy (relatívne jednoduché), ako aj veľké a komplexné mnohobunkové zvieratá používajú cyklický AMP ako druhého posla, a teda enzýmy, ktoré ho produkujú.

Fylogenetické štúdie ukazujú, že tieto enzýmy sú odvodené od spoločného predka pred separáciou eubaktérií a eukaryotov, čo naznačuje, že cyklický AMP mal rôzne funkcie, pravdepodobne súvisiace s produkciou ATP.

Toto tvrdenie je možné akceptovať, pretože reakcia katalyzovaná adenylátcyklázou je ľahko reverzibilná, čo je možné vidieť v rovnovážnej konštante pre syntézu ATP (Kqq = 2,1 ± 0,2 10-9 M2).

Charakteristiky a štruktúra

Väčšina eukaryotických adenylátcyklázových enzýmov je asociovaná s plazmatickou membránou, ale v baktériách a v cicavčích spermatických bunkách sa nachádzajú v cytosole ako rozpustné proteíny.

V kvasinkách a niektorých baktériách sú to proteíny periférnych membrán, zatiaľ čo v niektorých druhoch améby sú to molekuly s jedným transmembránovým segmentom.

Štrukturálne charakteristiky

Sú to proteíny zložené z veľkých polypeptidových reťazcov (viac ako 1 000 aminokyselinových zvyškov), ktoré prechádzajú plazmatickou membránou 12-krát cez dve oblasti zložené zo šiestich transmembránových domén konformácie alfa helixu.

Každá transmembránová oblasť je oddelená veľkou cytosolickou doménou, ktorá je zodpovedná za katalytickú aktivitu.

Medzi eukaryotickými organizmami sú niektoré konzervované motívy vo fragmente aminokoncovej oblasti týchto enzýmov, ako aj cytoplazmatická doména približne 40 kDa, ktorá je ohraničená hydrofóbnymi rezmi.

Katalytické miesto

Reakcia, ktorú tieto enzýmy katalyzujú, to znamená vytvorenie diesterovej väzby prostredníctvom nukleofilného ataku skupiny OH v polohe 3 'na fosfátovú skupinu nukleozid trifosfátu v polohe 5', závisí od spoločného štruktúrneho motívu známeho ako doména. palm ".

Táto „palmová“ doména je zložená z motívu „βαβαα“ („β“, čo znamená ß-zložené listy a „α“ a alfa helixy) a má dva nemenné zvyšky kyseliny asparágovej, ktoré koordinujú dva zodpovedné kovové ióny katalýzy, ktorou môžu byť dvojmocné ióny horčíka alebo zinku.

Mnoho štúdií týkajúcich sa kvartérnej štruktúry týchto enzýmov odhalilo, že ich katalytická jednotka existuje ako dimér, ktorého tvorba závisí od transmembránových segmentov, ktoré sa počas tvorby proteínu pripájajú k endoplazmatickému retikulu.

umiestnenia

Zistilo sa, že rovnako ako mnoho integrálnych membránových proteínov, ako sú G proteíny, proteíny s fosfatidylinozitolovými kotvami a mnoho ďalších, aj adenylové cyklázy sa nachádzajú v špeciálnych membránových oblastiach alebo v mikrodoménach známych ako „lipidové rafty“ (od Anglický lipidový plť).

Tieto membránové domény môžu mať priemer až stovky nanometrov a sú zložené hlavne z cholesterolu a sfingolipidov s dlhými, prevažne nasýtenými reťazcami mastných kyselín, čo ich robí menej tekutými a umožňuje umiestnenie transmembránových segmentov rôznych proteíny.

Zistilo sa tiež, že adenylátcyklázy sú asociované s podoblasťami lipidových raftov známych ako „caveolae“ (z anglického „caveolae“), ktoré sú skôr invagáciami membrány bohatej na cholesterol a proteínom asociovaným s týmto nazývaným caveolin.

druhy

V prírode existujú tri dobre definované triedy adenylátcyklázy a dve, ktoré sú v súčasnosti predmetom diskusie.

- Trieda I: sú prítomné v mnohých gramnegatívnych baktériách, ako je napríklad E. coli, kde cyklický produkt AMP reakcie slúži ako ligand pre transkripčné faktory zodpovedné za reguláciu katabolických operónov.

- Trieda II: nachádza sa v niektorých patogénoch bakteriálnych rodov, ako je Bacillus alebo Bordetella, kde slúžia ako extracelulárne toxíny. Sú to proteíny aktivované hostiteľským kalmodulínom (v baktériách chýbajú).

- trieda III: známa ako „univerzálna“ trieda a je fylogeneticky príbuzná s guanylátovými cyklázami, ktoré vykonávajú podobné funkcie. Nachádzajú sa v prokaryotoch aj eukaryotoch, kde sú regulované rôznymi cestami.

Cicavčie adenylátové cyklázy

U cicavcov bolo klonovaných a opísaných najmenej deväť typov týchto enzýmov, kódovaných deviatimi nezávislými génmi a patriace do triedy III adenylové cyklázy.

Zdieľajú zložité štruktúry a topológie membrán, ako aj duplicitné katalytické domény, ktoré sú pre ne charakteristické.

V prípade cicavcov nomenklatúra použitá na označenie izoforiem zodpovedá písmenám AC (pre adenylátcyklázu) a číslu od 1 do 9 (AC1 - AC9). Boli tiež publikované dva varianty enzýmu AC8.

Izoformy prítomné u týchto zvierat sú homológne, pokiaľ ide o sekvenciu primárnej štruktúry ich katalytických miest a trojrozmernú štruktúru. Zaradenie jedného z týchto enzýmov do každého „typu“ súvisí hlavne s regulačnými mechanizmami, ktoré pôsobia na každú izoformu.

Majú vzorce expresie, ktoré sú často tkanivovo špecifické. Všetky izoformy sa nachádzajú v mozgu, hoci niektoré sú obmedzené na konkrétne oblasti centrálneho nervového systému.

Vlastnosti

Hlavnou funkciou enzýmov patriacich do rodiny adenylátcyklázy je transformácia ATP na cyklický AMP, a preto katalyzujú tvorbu intramolekulárnej 3'-5 'diesterovej väzby (reakcia podobná reakcii katalyzovanej DNA polymerázami). s uvoľňovaním molekuly pyrofosfátu.

U cicavcov boli rôzne varianty, ktoré sa dajú dosiahnuť, spojené s proliferáciou buniek, závislosťou od etanolu, synaptickou plasticitou, drogovou závislosťou, cirkadiánnym rytmom, čuchovou stimuláciou, učením a pamäťou.

Niektorí autori navrhli, že adenylátcyklázy môžu mať ďalšiu funkciu ako transportné molekuly alebo, čo je rovnaké, proteínové kanály a iónové transportéry.

Tieto hypotézy sa však testovali iba na základe usporiadania alebo topológie transmembránových segmentov týchto enzýmov, ktoré zdieľajú niektoré homológie alebo štruktúrne podobnosti (ale nie sekvenciu) s určitými iónovými transportnými kanálmi.

Cyklický AMP a PPi (pyrofosfát), ktoré sú produktmi reakcie, majú funkcie na bunkovej úrovni; ale ich význam závisí od organizmu, v ktorom sa nachádzajú.

predpis

Veľká štrukturálna diverzita medzi adenylcyklázami vykazuje veľkú náchylnosť na rôzne formy regulácie, čo im umožňuje integráciu do veľkého množstva bunkových signálnych dráh.

Katalytická aktivita niektorých z týchto enzýmov závisí od alfa ketokyselín, zatiaľ čo iné majú oveľa zložitejšie regulačné mechanizmy zahŕňajúce regulačné podjednotky (stimuláciou alebo inhibíciou), ktoré závisia napríklad od vápnika a iných všeobecne rozpustných faktorov, ako aj od iných proteínov.

Mnoho adenylátových cykláz je negatívne regulovaných podjednotkami niektorých G proteínov (inhibujú ich funkciu), zatiaľ čo iné vykazujú aktivujúce účinky.

Referencie

1. Cooper, DMF (2003). Regulácia a organizácia adenylylcykláz a cAMP. Biochemical Journal, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., & Karpen, J. (1995). Adenylylcyklázy a interakcia medzi vápnikovou a cAMP signalizáciou. Náture, 374, 421-424.
3. Danchin, A. (1993). Fylogénia adenylylcyklov. Pokroky v druhom poslaní a výskume fosfoproteínov, 27, 109–135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Regulácia a úloha izoforiem adenylylcyklázy. Ann. Pharmacol. Toxicol. 41, 145 - 174.
5. Linder, U. a Schultz, JE (2003). Adenylylcyklázy triedy III: viacúčelové signalizačné moduly. Cellular Signaling, 15, 1081-1089.
6. Tang, W., a Gilman, AG (1992). Adenylylcykly. Cell, 70, 669 - 672.