АДЕНИЛАТЦИКЛАЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДОВЕ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2024

На аденилат циклаза или аденилил циклаза е ензим, отговорен за превръщането на АТР, молекула с висока енергия в цикличен AMP, важен сигнален молекула, която активира различни протеини цикличен AMP-зависими с важни физиологични функции.

Активността му се контролира от различни фактори, като например съгласуваното действие на хормони, невротрансмитери и други регулаторни молекули от различно естество (двувалентни калциеви йони и G протеини, ако ги назовем няколко).

Диаграма на аденилат циклаза (Източник: Потребителски акаунт в en.wikipedia чрез Wikimedia Commons)

Основното значение на този ензим се състои в значението на продукта на реакцията, която катализира, цикличен AMP, тъй като той участва в контрола на много клетъчни явления, свързани с метаболизма и развитието, както и реакцията на различни външни стимули.

В природата както едноклетъчните организми (сравнително прости), така и големите и сложни многоклетъчни животни използват цикличен AMP като втори пратеник и следователно ензимите, които го произвеждат.

Филогенетичните изследвания установяват, че тези ензими са получени от общ прародител преди отделянето на еубактериите и еукариотите, което предполага, че цикличният AMP има различни функции, може би свързани с производството на АТФ.

Възможно е да се приеме подобно твърдение, тъй като реакцията, катализирана от аденилат циклазата, е лесно обратима, което може да се види в константата на равновесие за синтеза на АТФ (K eq ≈ 2.1 ± 0.2 10 -9 M2).

Характеристики и структура

Повечето еукариотични аденилатциклазни ензими са свързани с плазмената мембрана, но в бактериите и сперматозоидните клетки от бозайници те се намират като разтворими протеини в цитозола.

В дрождите и някои бактерии те са протеини на периферната мембрана, докато при някои видове амеби представляват молекули с единичен трансмембранен сегмент.

Структурни характеристики

Те представляват протеини, съставени от големи полипептидни вериги (от над 1000 аминокиселинни остатъци), които преминават през плазмената мембрана 12 пъти през два региона, съставени от шест трансмембранни домена от алфа спирална конформация.

Всеки трансмембранен участък е разделен от голям цитозолен домен, който е отговорен за каталитичната активност.

Сред еукариотните организми има някои запазени мотиви в фрагмент от аминотерминалния регион на тези ензими, както и цитоплазмен домен от около 40 kDa, който е ограничен от хидрофобните секции.

Каталитичен сайт

Реакцията, която тези ензими катализират, т.е. образуването на диестерна връзка чрез нуклеофилна атака на ОН групата в позиция 3 'към фосфатната група на нуклеозид трифосфата в позиция 5', зависи от общ структурен мотив, известен като домейн Palm ".

Този "палмов" домейн е съставен от "βαβααβ" мотив ("β" означава β сгънати листове и "α" алфа спирали) и има два неизменни остатъка от аспарагинова киселина, които координират двата отговорни метални йона катализа, която може да бъде двувалентна магнезиева или цинкова йони.

Много изследвания, свързани с кватернерната структура на тези ензими, разкриват, че тяхната каталитична единица съществува като димер, чието образуване зависи от трансмембранните сегменти, които се присъединяват в ендоплазмения ретикулум по време на образуването на протеина.

местоположение

Определено е, че подобно на много интегрални мембранни протеини, като G протеини, тези с фосфатидилинозитол котви и много други, аденил циклазите се намират в специални мембранни участъци или микродомейни, известни като "липидни салове" (от Английски „липиден сал“).

Тези мембранни домейни могат да бъдат до стотици нанометри в диаметър и са съставени главно от холестерол и сфинголипиди с дълги, предимно наситени вериги от мастни киселини, което ги прави по-малко течни и позволяват настаняване на трансмембранни сегменти от различни протеини.

Установено е също, че аденилатните циклази са свързани с субрегиони на липидните салове, известни като "caveolae" (от английски "caveolae"), които са по-скоро инвагинации на мембраната, богата на холестерол и протеин, свързан с този, наречен кавеолин.

Видове

В природата има три добре дефинирани класа аденилатциклаза и два, които в момента са обект на дискусия.

- Клас I: те присъстват в много грам-отрицателни бактерии като E. coli, например, когато цикличният AMP продукт на реакцията има функция като лиганд за транскрипционни фактори, отговорни за регулирането на катаболните оперони.

- Клас II: намира се в някои патогени на бактериални родове като Bacillus или Bordetella, където те служат като извънклетъчни токсини. Те са протеини, активирани от приемния калмодулин (липсва в бактериите).

- Клас III: известен като "универсален" клас и е филогенетично свързан с гуанилатните циклази, които изпълняват подобни функции. Те се срещат както в прокариоти, така и в еукариоти, където се регулират по различни пътища.

Болни аденилатни циклази

При бозайниците най-малко девет вида от тези ензими са клонирани и описани, кодирани от девет независими гена и принадлежащи към клас аденил циклаза III.

Те споделят сложни структури и мембранни топологии, както и дублираните каталитични домейни, които са характерни за тях.

За бозайниците номенклатурата, използвана за обозначаване на изоформите, съответства на буквите AC (за аденилатциклаза) и число от 1 до 9 (AC1 - AC9). Съобщават се и два варианта на ензима AC8.

Изоформите, присъстващи при тези животни, са хомоложни по отношение на последователността на първичната структура на техните каталитични места и триизмерната структура. Включването на един от тези ензими във всеки "тип" е свързано главно с регулаторните механизми, които действат върху всяка изоформа.

Те имат модели на изразяване, които често са специфични за тъканите. Всички изоформи могат да бъдат намерени в мозъка, въпреки че някои са ограничени до специфични области на централната нервна система.

Характеристика

Основната функция на ензимите, принадлежащи към семейството на аденилатната циклаза, е да трансформират ATP в цикличен AMP и за това те катализират образуването на вътремолекулна 3'-5 'диестерна връзка (реакция подобна на тази, катализирана от ДНК полимерази). с освобождаването на пирофосфатна молекула.

При бозайниците различните варианти, които могат да бъдат постигнати, са свързани с клетъчната пролиферация, етаноловата зависимост, синаптичната пластичност, лекарствената зависимост, циркадния ритъм, обонятелната стимулация, ученето и паметта.

Някои автори предполагат, че аденилатните циклази могат да имат допълнителна функция като молекули транспортер или, което е същото, канални протеини и йонни транспортери.

Тези хипотези обаче са тествани само въз основа на подредбата или топологията на трансмембранните сегменти на тези ензими, които споделят някои хомологии или структурни сходства (но не последователност) с определени канали за транспортиране на йони.

И двата циклични AMP и PPi (пирофосфат), които са продукти на реакцията, имат функции на клетъчно ниво; но тяхното значение зависи от организма, където се намират.

регулиране

Голямото структурно разнообразие между аденил циклазите показва голяма податливост към множество форми на регулиране, което им позволява да се интегрират в голямо разнообразие от клетъчни сигнални пътища.

Каталитичната активност на някои от тези ензими зависи от алфа кетокиселините, докато други имат много по-сложни регулаторни механизми, включващи регулаторни субединици (чрез стимулация или инхибиране), които зависят например от калция и други общоразтворими фактори, както и от от други протеини.

Много аденилатни циклази се регулират отрицателно от субединици на някои G протеини (инхибират тяхната функция), докато други упражняват по-активни ефекти.

Препратки

1. Cooper, DMF (2003). Регулиране и организация на аденилил циклази и cAMP. Биохимичен вестник, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., & Karpen, J. (1995). Аденилилциклази и взаимодействието между сигнала за калций и cAMP. Природа, 374, 421-424.
3. Данчин, А. (1993). Филогения на аденилилови циклази. Напредък в изследванията на втори пратеник и фосфопротеин, 27, 109–135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Регулация и роля на изоформите на аденилил циклазата. Ан. Преподобен фармакол. Toxicol., 41, 145-174.
5. Linder, U., & Schultz, JE (2003). Аденилилови цикли от клас III: многофункционални сигнални модули. Клетъчна сигнализация, 15, 1081-1089.
6. Tang, W., & Gilman, AG (1992). Аденилилови циклази. Клетка, 70, 669-672.