ADENILĀTA CIKLĀZE: RAKSTUROJUMS, VEIDI, FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Adenilātciklāzi vai adenylyl cyclase ir ferments, kas atbild par konversijas ATP, molekulu augstas enerģijas cikliskā AMP, svarīgs signalizācijas molekulas, kas aktivizē dažādas olbaltumvielas ciklisks AMP-atkarīgos ar svarīgu fizioloģisko funkciju.

Tās darbību kontrolē dažādi faktori, piemēram, piemēram, hormonu, neirotransmiteru un citu dažāda rakstura regulējošo molekulu (divvērtīgi kalcija joni un G proteīni, lai nosauktu dažus) saskaņota darbība.

Adenilāta ciklāzes diagramma (Avots: Lietotāja Bensaccount vietnē en.wikipedia, izmantojot Wikimedia Commons)

Šī fermenta galvenā nozīme ir tā katalizētās reakcijas produkta, cikliskā AMP, svarīgumam, jo ​​tas piedalās daudzu šūnu parādību, kas saistītas ar metabolismu un attīstību, kontrolē, kā arī reakcijā uz dažādiem ārējiem stimuliem.

Dabā gan vienšūnu organismi (salīdzinoši vienkārši), gan lieli un sarežģīti daudzšūnu dzīvnieki kā otro kurjeru izmanto ciklisku AMP, un tāpēc fermenti, kas to ražo.

Filoģenētiskie pētījumi atklāj, ka šie fermenti ir atvasināti no kopīga senča pirms eubakteriju un eikariotu atdalīšanas, kas liek domāt, ka cikliskajam AMP bija dažādas funkcijas, iespējams, saistītas ar ATP ražošanu.

Šādu apgalvojumu ir iespējams pieņemt, jo adenilāta ciklāzes katalizētā reakcija ir viegli atgriezeniska, ko var redzēt ATP sintēzes līdzsvara konstantā (K eq ≈ 2,1 ± 0,2 10 -9 M 2).

Raksturojums un uzbūve

Lielākā daļa eikariotu adenilāta ciklāzes enzīmu ir saistīti ar plazmas membrānu, bet baktērijās un zīdītāju spermas šūnās tie ir atrodami kā šķīstoši proteīni citosolā.

Raugā un dažās baktērijās tie ir perifērās membrānas proteīni, savukārt dažās amēbas sugās tās ir molekulas ar vienu transmembranālo segmentu.

Konstrukcijas raksturlielumi

Tie ir proteīni, kas sastāv no lielām polipeptīdu ķēdēm (ar vairāk nekā 1000 aminoskābju atlikumiem), kas 12 reizes šķērso plazmas membrānu caur diviem reģioniem, kas sastāv no sešiem alfa spirāles pārveidošanas transmembranāliem domēniem.

Katru transmembranālo reģionu atdala liels citosola domēns, kas ir atbildīgs par katalītisko aktivitāti.

Starp eikariotu organismiem ir daži konservēti motīvi šo enzīmu aminoterminālajā apgabala fragmentā, kā arī citoplazmas domēns aptuveni 40 kDa robežās, ko ierobežo hidrofobās sekcijas.

Katalītiskā vieta

Reakcija, ko šie fermenti katalizē, tas ir, diestera saites veidošanās, izmantojot OH grupas nukleofīlo uzbrukumu 3 'pozīcijā, uz nukleozīdu trifosfāta fosfātu grupu 5' pozīcijā, ir atkarīga no kopējā struktūras motīva, kas pazīstams kā domēns Plauksta ".

Šis "plaukstas" domēns sastāv no "βαβααβ" motīva ("β" nozīmē β salocītas loksnes un "α" alfa spirāles), un tajā ir divi nemainīgi asparagīnskābes atlikumi, kas koordinē divus atbildīgos metāla jonus. katalīze, kas var būt divvērtīgi magnija vai cinka joni.

Daudzos pētījumos, kas saistīti ar šo enzīmu kvartāra struktūru, ir atklājies, ka to katalītiskā vienība eksistē kā dimērs, kura veidošanās ir atkarīga no transmembrānas segmentiem, kas olbaltumvielu veidošanās laikā pievienojas endoplazmatiskajam retikulāram.

Atrašanās vieta

Tika noteikts, ka tāpat kā daudzi integrālie membrānas proteīni, piemēram, G proteīni, tie, kas satur fosfatidilinozīta enkurus, un daudzi citi, adenilciklāzes ir atrodamas īpašos membrānas reģionos vai mikro domēnos, kas pazīstami kā "lipīdu plosti" (no Angļu valodā "lipīdu plosts").

Šīs membrānas domēnu diametrs var būt līdz simtiem nanometru, un tās galvenokārt sastāv no holesterīna un sfingolipīdiem ar garām un pārsvarā piesātinātām taukskābju ķēdēm, kas padara tos mazāk šķidrumus un ļauj izvietot dažādu membrānu segmentus. olbaltumvielas.

Tika arī atrastas adenilāta ciklāzes, kas saistītas ar lipīdu plostu apakšreģioniem, kas pazīstami kā "caveolae" (no angļu valodas "caveolae"), un tie drīzāk ir ar holesterīnu bagātas membrānas un ar to saistītās olbaltumvielu, ko sauc par kaveolīnu, invaginācijas.

Veidi

Dabā ir trīs precīzi definētas adenilāta ciklāzes klases un divas, par kurām pašlaik notiek diskusijas.

- I šķira: tie ir sastopami daudzās gramnegatīvās baktērijās, piemēram, E. coli, kur reakcijas cikliskajam AMP produktam ir transkripcijas faktoru ligands transkripcijas faktoriem, kas ir atbildīgi par katabolisko operonu regulēšanu.

- II šķira: atrodami dažos baktēriju ģinšu patogēnos, piemēram, Bacillus vai Bordetella, kur tie kalpo kā ārpusšūnu toksīni. Tie ir olbaltumvielas, ko aktivizē saimnieka kalmodulīns (nav baktērijās).

- III šķira: pazīstama kā “universālā” šķira un ir filoģenētiski saistīta ar guanilāta ciklāzēm, kuras pilda līdzīgas funkcijas. Tie ir sastopami gan prokariotos, gan eikariotos, kur tos regulē dažādi ceļi.

Zīdītāju adenilāta ciklāzes

Zīdītājiem ir klonēti un aprakstīti vismaz deviņi šo fermentu tipi, ko kodē deviņi neatkarīgi gēni un kas pieder III adenilciklāzes klasei.

Viņiem ir sarežģītas struktūras un membrānas topoloģijas, kā arī tiem raksturīgie dublētie katalītiskie domēni.

Zīdītājiem izoformu nomenklatūra atbilst burtiem AC (adenilāta ciklāzei) un ciparam no 1 līdz 9 (AC1 - AC9). Ziņots arī par diviem enzīma AC8 variantiem.

Šajos dzīvniekos esošās izoformas ir homoloģiskas attiecībā uz to katalītisko vietu primārās struktūras secību un trīsdimensiju struktūru. Viena no šiem fermentiem iekļaušana katrā "tipā" galvenokārt ir saistīta ar regulatīvajiem mehānismiem, kas darbojas katrā izoformā.

Viņiem ir izpausmes modeļi, kas bieži ir raksturīgi audiem. Visas izoformas var atrast smadzenēs, lai gan dažas no tām ir ierobežotas ar noteiktiem centrālās nervu sistēmas apgabaliem.

Iespējas

Adenilāta ciklāzes saimei piederošo fermentu galvenā funkcija ir pārveidot ATP par ciklisku AMP, un tam tie katalizē intramolekulāras 3'-5 'diestera saites veidošanos (reakcija ir līdzīga tai, ko katalizē DNS polimerāzes). ar pirofosfāta molekulas izdalīšanos.

Zīdītājiem dažādie sasniedzamie varianti bija saistīti ar šūnu proliferāciju, atkarību no etanola, sinaptisko plastiskumu, atkarību no zālēm, diennakts ritmu, ožas stimulāciju, mācīšanos un atmiņu.

Daži autori ir ierosinājuši, ka adenilāta ciklāzēm var būt papildu funkcija kā transportieru molekulām vai, kas ir tas pats, kanālu olbaltumvielām un jonu nesējiem.

Tomēr šīs hipotēzes ir pārbaudītas tikai, pamatojoties uz šo enzīmu transmembrāno segmentu izvietojumu vai topoloģiju, kuriem ir noteiktas homoloģijas vai strukturālas līdzības (bet ne secība) ar noteiktiem jonu transporta kanāliem.

Gan cikliskajam AMP, gan PPi (pirofosfātam), kas ir reakcijas produkti, ir funkcijas šūnu līmenī; bet to nozīmīgums ir atkarīgs no organisma, kur viņi atrodas.

Regula

Liela strukturālā daudzveidība starp adenilciklāzēm parāda lielu uzņēmību pret vairākiem regulēšanas veidiem, kas ļauj tām integrēties daudzās šūnās, signalizācijas ceļos.

Dažu no šiem fermentiem katalītiskā aktivitāte ir atkarīga no alfa keto skābēm, savukārt citiem ir daudz sarežģītāki regulatīvie mehānismi, kas ietver regulējošās apakšvienības (stimulējot vai kavējot), kas ir atkarīgi, piemēram, no kalcija un citiem parasti šķīstošiem faktoriem, kā arī no citu olbaltumvielu.

Daudzas adenilāta ciklāzes negatīvi regulē dažu G olbaltumvielu subvienības (kavē to darbību), bet citām ir aktīvāka iedarbība.

Atsauces

1. Kūpers, DMF (2003). Adenililciklāžu un cAMP regulēšana un organizācija. Biochemical Journal, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., & Karpen, J. (1995). Adenililciklāzes un mijiedarbība starp kalciju un cAMP signālu. Daba, 374, 421–424.
3. Dančins, A. (1993). Adenililciklāžu filoģenēze. Jaunumi otrā kurjera un fosfoproteīnu pētījumos, 27., 109. – 135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Adenililciklāzes izoformu regulēšana un loma. Ann. Rev. Pharmacol. Toksikols. , 41, 145-174.
5. Linders, ASV, un Šulcs, JE (2003). III klases adenililciklāzes: universālas signalizācijas moduļi. Cellular Signaling, 15, 1081-1089.
6. Tangs, W. un Gilmans, AG (1992). Adenililciklāzes. Cell, 70, 669-672.