- štruktúra
- Vlastnosti
- Pri metabolizme glukózy
- Ako prebieha signalizačný proces zahŕňajúci cyklický AMP?
- Kto aktivuje cyklický AMP?
- Referencie
Cyklický AMP alebo adenozín 3 ', 5'-monofosfát je cyklického nukleotidu, ktorý funguje ako sekundárny posol, a je súčasťou základných prvkov biochemické vnútrobunkové kontroly a komunikácie v mnohých živých organizmoch.
Jeho existenciu pred takmer 70 rokmi preukázali Sutherland a Rall (1958), ktorí opísali jav akumulácie tohto nukleotidu v pečeňových bunkách v dôsledku podania epinefrínu (adrenalínu).
Chemická štruktúra cyklického AMP (Zdroj: Wesalius prostredníctvom Wikimedia Commons)
Od svojho objavu je cyklický AMP u cicavcov spojený s pôsobením mnohých hormónov, s endokrinnou a exokrinnou sekréciou, s uvoľňovaním neurotransmiterov v synapsii a neuromuskulárnymi spojeniami, medzi mnohými ďalšími funkciami.
Jeho syntéza je katalyzovaná tromi rodinami proteínov asociovaných s plazmatickou membránou známou ako adenylcykláza alebo adenylátcykláza, schopná produkovať cyklickú zlúčeninu z ATP a uvoľňovať pyrofosfát do bunky.
Jeho degradácia je na druhej strane sprostredkovaná enzýmami rodiny fosfodiesteráz, ktoré sú rozpustnými proteínmi nachádzajúcimi sa hlavne v cytosole.
Tieto enzýmy, a teda cyklický AMP, sa nachádzajú v extrémne rozmanitých organizmoch, rovnako jednoduché ako jednobunkové riasy a mnoho ďalších mikroorganizmov (baktérie a iné) a také zložité ako mnohobunkové zvieratá s komplikovanými signálnymi dráhami.
Aj keď je jeho prítomnosť v rastlinách predmetom diskusie, existujú určité dôkazy, ktoré naznačujú, že niektoré druhy rastlín majú aktivitu adenylátcyklázy, hoci jej funkcia nebola uspokojivo určená.
štruktúra
Chemická štruktúra cyklického AMP bola objasnená röntgenovou kryštalografiou a štúdiami protónovej nukleárnej magnetickej rezonancie.
Je to cyklická molekula stabilná voči teplu („tepelne stabilná“) a stabilnejšia voči alkalickej hydrolýze ako jej necyklický náprotivok, AMP alebo adenozínmonofosfát.
Podobne ako všetky fosfátové nukleotidy má cyklický AMP fosfátovú skupinu pripojenú k uhlíkovému kyslíku v polohe 5 'molekuly ribózy, ktorá je zase pripojená k dusíkovej báze heterocyklického kruhu cez uhlík v polohe 1' a to zodpovedá adenínu.
Fosfátová skupina ribózového cukru, na rozdiel od necyklických fosfátových nukleotidov, je fúzovaná v trans cez fosfodiesterovú väzbu s kyslíkmi uhlíka v polohách 3 'a 5' ribózy (3 ', 5'- trans-fúzovaný fosfát).
Táto väzba obmedzuje pohyb furánového kruhu, ktorý tvorí ribózu a uzatvára fosfátovú skupinu do „stoličkovej“ konformácie.
V porovnaní s necyklickými nukleotidmi sú cyklickými AMP a inými príbuznými nukleotidmi menšie molekuly s nižšou polaritou, čo je dôležitý faktor pre ich diferenciáciu proteínmi, ktoré na ne reagujú.
Konformácia glykozidickej väzby, ktorá sa vyskytuje medzi ribózou a adenínovým kruhom, má určitú slobodu rotácie. Toto je tiež dôležitý štrukturálny parameter pre jeho odlíšenie od iných nukleotidov (nielen identita dusíkatej bázy).
Vlastnosti
Ako sekundárny posol sa cyklický AMP podieľa na aktivácii mnohých signalizačných procesov (po ich syntéze) alebo na aktivácii rôznych enzýmov "downstream" v signalizačnej kaskáde, ktorou sa produkuje.
Podieľa sa na hepatickej glykogenolýze a uvoľňovaní inzulínu z pankreasu, na uvoľňovaní amylázy zo slinných žliaz a na pôsobení estrogénu v maternici.
Má univerzálne funkcie pri kontrole génovej expresie a pri integrácii viacerých metabolických funkcií. Mnoho cytokínov používa na vykonávanie svojich funkcií tak vápnikový, ako aj cyklický AMP.
Medzi hormóny, ktoré vo svojich signalizačných procesoch používajú cyklický AMP (zvýšením alebo znížením svojej intracelulárnej koncentrácie), patria katecholamíny, glukagón, vazopresín, paratyroidný hormón, prostaglandíny, inzulín, melatonín a adrenalín, medzi ostatnými.
Ďalšou z mnohých funkcií je inhibícia rastu, diferenciácie a proliferácie T buniek u cicavcov, pravdepodobne aktiváciou alebo indukciou represora regulačných cytokínov týchto procesov v takýchto bunkách.
Cyklický AMP a adenylátcyklázy, ktoré ho produkujú, tiež súvisia s funkciou mnohých proteínových receptorov spojených s G proteínom, ktoré sú spojené s rôznymi signalizačnými mechanizmami a ďalšími dôležitými bunkovými procesmi.
Pri metabolizme glukózy
U cicavcov hrá cyklická AMP úlohu pri regulácii glykolytickej a glukoneogénnej dráhy prostredníctvom inhibície aktivity enzýmu fosfofruktokinázy 2 (PFK-2), ktorá katalyzuje druhú reakciu glykolýzy.
Mechanizmus spočíva v účasti hormónu glukagónu na aktivácii pečeňovej adenylátcyklázy, čo spôsobuje značné zvýšenie koncentrácie cyklického AMP.
Tento cyklický AMP aktivuje cAMP-dependentnú proteínkinázu, ktorá fosforyluje a inhibuje fosfofruktokinázovú aktivitu PFK-2, čo je bifunkčný enzým s fruktózovou bisfosfatázovou aktivitou.
Ako prebieha signalizačný proces zahŕňajúci cyklický AMP?
Prvý posol (premenlivej chemickej povahy), ktorý dosiahne špecifickú bunku ako externý stimul, interaguje s enzýmom adenylátcyklázy v plazmatickej membráne, čo vyvoláva tvorbu cyklického AMP.
Zvýšenie koncentrácie cyklického AMP pôsobí okrem iného na aktivácii ďalších faktorov (všeobecne enzymatických), ktoré majú ďalšie funkcie v inhibícii alebo aktivácii metabolických procesov alebo génovej transkripcie.
Kto aktivuje cyklický AMP?
Jednou z hlavných funkcií spojených s touto regulačnou molekulou je aktivácia fosforylázových alebo kinázových enzýmov, ktoré katalyzujú pridanie alebo odstránenie fosforylových skupín k iným proteínom a enzýmom.
Normálne je excitácia bunky sprevádzaná zvýšením koncentrácie cyklického AMP, súbežne so zvýšeným transportom vápnika do bunky, ktorý má funkciu pri aktivácii cyklických enzýmov adenylcyklázy produkujúcich AMP.
Syntéza a prenos správy a degradácia cyklického AMP v bunkách sú jemne regulované procesy, ktoré sa podieľajú na udržiavaní homeostázy tela.
Referencie
- Bopp, T., Becker, C., Klein, M., Klein-Heßling, S., Palmetshofer, A., Serfl, E.,… Schmitt, E. (2007). Cyklický adenozínmonofosfát je kľúčovou súčasťou regulačnej supresie sprostredkovanej T-bunkami. The Journal of Experimental Medicine, 204 (6), 1303 - 1310.
- Nelson, DL, a Cox, MM (2009). Lehningerove princípy biochémie. Vydania Omega (5. vydanie).
- Newton, RP, a Smith, CJ (2004). Cyklické nukleotidy, 65, 2423 - 2437.
- Rasmussen, H. (1970). Bunková komunikácia, ión vápenatý a cyklický adenozínmonofosfát. Science, 170, 404-412.
- Rasmussen, H. a Tenenhouse, A. (1968). Cyklický adenozínmonofosfát, Ca ++ a membrány. Biochemistry, 59, 1364 - 1370.