ЦИКЛИЧЕН УСИЛВАТЕЛ: СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На цикличен AMP или аденозин 3 ', 5'-монофосфат е цикличен нуклеотид, който функционира като вторичен пратеник и е част от основните елементи на биохимичен вътреклетъчен контрол и комуникация в много живи организми.

Съществуването му е доказано преди почти 70 години от Съдърланд и Рал (1958 г.), които описват феномена на натрупване на този нуклеотид в чернодробните клетки в резултат на прилагането на епинефрин (адреналин).

Химична структура на цикличния AMP (Източник: Wesalius чрез Wikimedia Commons)

От откриването си цикличният AMP се свързва при бозайниците с действието на много хормони, с ендокринната и екзокринната секреция, с отделянето на невротрансмитери в синапса и нервно-мускулните кръстовища, сред много други функции.

Синтезата му се катализира от три фамилии протеини, свързани с плазмената мембрана, известна като аденил циклаза или аденилатциклаза, способна да произвежда цикличното съединение от АТФ и да отделя пирофосфат в клетката.

Разграждането му, от друга страна, се медиира от ензими от семейството на фосфодиестеразите, които са разтворими протеини, намиращи се главно в цитозола.

Тези ензими и следователно цикличен AMP се намират в изключително разнообразни организми, прости като едноклетъчни водорасли и много други микроорганизми (бактерии и други) и толкова сложни, колкото многоклетъчни животни със сложни сигнални пътища.

Въпреки че присъствието му в растенията е въпрос на дискусия, има определени доказателства, които показват, че някои видове растения притежават аденилат циклазна активност, въпреки че функцията му не е определена задоволително.

структура

Химическата структура на цикличния AMP е изяснена чрез рентгенова кристалография и чрез проучвания за протонен ядрено-магнитен резонанс.

Това е циклична молекула, устойчива на топлина ("устойчива на топлина") и по-устойчива на алкална хидролиза от нейния нецикличен аналог, AMP или аденозин монофосфат.

Подобно на всички фосфатни нуклеотиди, цикличният AMP има фосфатна група, прикрепена към въглеродния кислород в 5 'позиция на рибозна молекула, която от своя страна е свързана към азотна основа на хетероциклен пръстен чрез въглерода в положение 1' и това съответства на аденин.

Фосфатната група на рибозната захар, за разлика от нецикличните фосфатни нуклеотиди, се кондензира в транс през фосфодиестерна връзка с оксигените на въглеродите в 3 'и 5' позициите на рибоза (3 ', 5'- транс-кондензиран фосфат).

Това свързване ограничава движението на фурановия пръстен, който образува рибоза и затваря фосфатната група в "стол" конформация.

В сравнение с нецикличните нуклеотиди, цикличният AMP и други свързани нуклеотиди са по-малки молекули с по-ниска полярност, което е важен фактор за тяхната диференциация от протеините, които реагират на тях.

Конформацията на гликозидната връзка, която възниква между рибозата и адениновия пръстен, има известна свобода на въртене. Това също е важен структурен параметър за отличаването му от други нуклеотиди (не само идентичността на азотната основа).

Характеристика

Като вторичен пратеник, цикличният AMP участва в активирането на много сигнални процеси (след неговия синтез) или в активирането на различни ензими "надолу по веригата" в сигналната каскада, от която се произвежда.

Той участва в чернодробната гликогенолиза и в отделянето на инсулин от панкреаса, в освобождаването на амилаза от слюнчените жлези и в действието на естрогена в матката.

Той има универсални функции в контрола на генната експресия и в интегрирането на множество метаболитни функции. Много цитокини използват както калций, така и цикличен AMP, за да изпълняват функциите си.

Сред хормоните, които използват цикличен AMP в сигналните си процеси (или чрез увеличаване или намаляване на вътреклетъчната му концентрация), могат да бъдат включени катехоламини, глюкагон, вазопресин, паратиреоиден хормон, простагландини, инсулин, мелатонин и адреналин, наред с други.

Друга от многото му функции е да инхибира растежа, диференциацията и пролиферацията на Т клетки при бозайници, вероятно чрез активиране или индукция на репресор на регулаторните цитокини на тези процеси в такива клетки.

Цикличният AMP и аденилатните циклази, които го произвеждат, също са свързани с функцията на много протеинови рецептори, свързани с G протеин, които са свързани с различни сигнални механизми и други важни клетъчни процеси.

В метаболизма на глюкозата

При бозайниците цикличният AMP играе роля за регулиране на гликолитичния и глюконеогенен път чрез инхибиране на активността на ензима фосфофруктокиназа 2 (PFK-2), което катализира втората реакция на гликолиза.

Механизмът включва участието на хормона глюкагон в активирането на чернодробната аденилатциклаза, което причинява значително повишаване на концентрацията на цикличен AMP.

Тази циклична AMP активира cAMP-зависима протеин киназа, която фосфорилира и инхибира активността на фосфофруктокиназа на PFK-2, която е бифункционален ензим с активност на фруктоза бисфосфатаза.

Как протича процесът на сигнализиране, включващ цикличен AMP?

Първият пратеник (с променлив химичен характер), който достига до определена клетка като външен стимул, взаимодейства с ензима на аденилат циклазата в плазмената мембрана, предизвиквайки производството на цикличен AMP.

Увеличаването на концентрацията на цикличен AMP работи при активирането на други фактори (най-общо ензимни), които имат допълнителни функции в инхибирането или активирането на метаболитните процеси или генната транскрипция.

Кой активира цикличния AMP?

Една от основните функции, свързани с тази регулаторна молекула, е активирането на фосфорилазни или киназни ензими, които катализират добавянето или отстраняването на фосфорилни групи към други протеини и ензими.

Обикновено възбуждането на клетката се придружава от увеличаване на концентрацията на цикличен AMP, съпътстващ увеличаването на транспорта на калций в клетката, който има функции при активирането на цикличните AMP-продуциращи аденилциклазни ензими.

Както синтеза и предаването на съобщението, така и разграждането на цикличния AMP в клетките са фино регулирани процеси, които участват в поддържането на хомеостазата на тялото.

Препратки

1. Bopp, T., Becker, C., Klein, M., Klein-heßling, S., Palmetshofer, A., Serfl, E.,… Schmitt, E. (2007). Цикличният аденозин монофосфат е ключов компонент на регулаторното Т-клетъчно медиирано потискане. The Journal of Experimental Medicine, 204 (6), 1303–1310.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи на биохимията на Ленингер. Омега издания (5-то издание).
3. Newton, RP, & Smith, CJ (2004). Циклични нуклеотиди, 65, 2423–2437.
4. Rasmussen, H. (1970). Клетъчна комуникация, калциев йон и цикличен аденозин монофосфат. Наука, 170, 404-412.
5. Rasmussen, H., & Tenenhouse, A. (1968). Цикличен аденозинов монофосфат, Са ++ и мембрани. Биохимия, 59, 1364-1370.