CIKLISKAIS PASTIPRINĀTĀJS: STRUKTŪRA UN FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Cikliskā AMP vai adenozīnmonofosfāta 3 ', 5'-monofosfāta ir ciklisks nukleotīdu, kas darbojas kā sekundāro Messenger, un ir daļa no pamata elementiem bioķīmiskā intracelulārā kontroles un komunikāciju daudzos dzīvajos organismos.

Tā esamību demonstrēja gandrīz pirms 70 gadiem Sutherlands un Rall (1958), kuri aprakstīja šī nukleotīda uzkrāšanos aknu šūnās epinefrīna (adrenalīna) ievadīšanas rezultātā.

Cikliskās AMP ķīmiskā struktūra (Avots: Wesalius, izmantojot Wikimedia Commons)

Kopš atklāšanas cikliskā AMP zīdītājiem ir saistīta ar daudzu hormonu darbību, ar endokrīno un eksokrīno sekrēciju, ar neirotransmiteru atbrīvošanu sinapsē un neiromuskulāros krustojumos, kā arī daudzas citas funkcijas.

Tās sintēzi katalizē trīs olbaltumvielu grupas, kas saistītas ar plazmas membrānu, kas pazīstama kā adenilciklāze vai adenilāta ciklāze, kas spēj radīt ciklisku savienojumu no ATP un atbrīvot pirofosfātu šūnā.

No otras puses, tās sadalīšanos mediē fosfodiesterāžu saimes fermenti, kas ir šķīstoši proteīni, kas atrodami galvenokārt citosolā.

Šie fermenti, tātad cikliskais AMP, ir sastopami ārkārtīgi daudzveidīgos organismos, kas ir tik vienkārši kā vienšūnu aļģes un daudzi citi mikroorganismi (baktērijas un citi), un tikpat sarežģīti kā daudzšūnu dzīvnieki ar sarežģītiem signāla ceļiem.

Lai gan tā klātbūtne augos ir diskusijas jautājums, ir noteikti pierādījumi, kas norāda, ka dažām augu sugām piemīt adenilāta ciklāzes aktivitāte, kaut arī tās funkcija nav pietiekami noteikta.

Uzbūve

Cikliskās AMP ķīmiskā struktūra ir noskaidrota ar rentgenstaru kristalogrāfiju un ar protonu kodolmagnētiskās rezonanses pētījumiem.

Šī ir cikliska molekula, kas ir stabila karstumam ("karstumizturīga") un stabilāka sārmainā hidrolīzei nekā tās necikliskā līdziniece, AMP vai adenozīna monofosfāts.

Tāpat kā visiem fosfātu nukleotīdiem, cikliskajā AMP ir fosfātu grupa, kas piestiprināta pie oglekļa skābekļa ribozes molekulas 5 'pozīcijā, kas savukārt ar oglekļa 1' pozīcijā ir pievienota heterocikliska gredzena slāpekļa bāzei. un tas atbilst adenīnam.

Ribozes cukura fosfātu grupa, atšķirībā no necikliskiem fosfātu nukleotīdiem, tiek sakausēta trans caur fosfodiestera saiti ar oglekļa skābekļiem ribozes 3 'un 5' pozīcijās (3 ', 5' - trans-kausēts fosfāts).

Šī saistīšana ierobežo furāna gredzena kustību, kas veido ribozi un norobežo fosfātu grupu "krēsla" formā.

Salīdzinot ar necikliskiem nukleotīdiem, cikliskie AMP un citi saistītie nukleotīdi ir mazākas un mazāk polāras molekulas, kas ir svarīgs faktors to diferenciācijai ar olbaltumvielām, kas uz tām reaģē.

Glikozīdiskās saites konformācijai, kas notiek starp ribozi un adenīna gredzenu, ir zināma rotācijas brīvība. Tas ir arī svarīgs strukturāls parametrs, lai to atšķirtu no citiem nukleotīdiem (ne tikai ir slāpekļa bāzes identitāte).

Iespējas

Ciklisks AMP kā sekundārais kurjers piedalās daudzu signalizācijas procesu aktivizēšanā (pēc tā sintēzes) vai dažādu enzīmu aktivizēšanā “lejpus” signālu veidošanas kaskādē, ar kuru tas tiek ražots.

Tas piedalās aknu glikogenolīzē un insulīna atbrīvošanā no aizkuņģa dziedzera, amilāzes atbrīvošanā no siekalu dziedzeriem un estrogēna darbībā dzemdē.

Tam ir universālas funkcijas gēnu ekspresijas kontrolē un vairāku metabolisma funkciju integrācijā. Daudzi citokīni savu funkciju veikšanai izmanto gan kalciju, gan ciklisko AMP.

Starp hormoniem, kas signalizācijas procesos izmanto ciklisku AMP (vai nu palielinot vai samazinot tā intracelulāro koncentrāciju), var iekļaut kateholamīnus, glikagonu, vazopresīnu, paratheidīta hormonu, prostaglandīnus, insulīnu, melatonīnu un adrenalīns, cita starpā.

Vēl viena no daudzajām funkcijām ir T šūnu augšanas, diferenciācijas un proliferācijas kavēšana zīdītājiem, iespējams, aktivējot vai inducējot šo procesu regulatīvo citokīnu repressoru šādās šūnās.

Cikliskais AMP un adenilāta ciklāzes, kas to ražo, ir saistītas arī ar daudzu ar G proteīnu saistītu olbaltumvielu receptoru darbību, kas ir saistīti ar dažādiem signalizācijas mehānismiem un citiem svarīgiem šūnu procesiem.

Glikozes vielmaiņā

Zīdītājiem cikliskajam AMP ir nozīme glikolītiskā un glikoneogēnā ceļa regulēšanā, kavējot enzīma fosfofruktokināzes 2 (PFK-2) aktivitātes nomākumu, kas katalizē otro glikolīzes reakciju.

Mehānisms ietver hormona glikagona dalību aknu adenilāta ciklāzes aktivizācijā, kas izraisa ievērojamu cikliskās AMP koncentrācijas palielināšanos.

Šis cikliskais AMP aktivizē no cAMP atkarīgo proteīna kināzi, kas fosforilē un kavē PFK-2 fosfofruktokināzes aktivitāti, kas ir bifunkcionāls enzīms ar fruktozes bisfosfatāzes aktivitāti.

Kā notiek signalizācijas process, kurā iesaistīta cikliskā AMP?

Pirmais kurjers (ar mainīgu ķīmisko raksturu), kas kā ārēju stimulu nonāk noteiktā šūnā, mijiedarbojas ar adenilāta ciklāzes enzīmu plazmas membrānā, izraisot cikliska AMP veidošanos.

Cikliskās AMP koncentrācijas palielināšanās ietekmē citu faktoru (parasti fermentatīvu) aktivizēšanu, kuriem cita starpā ir papildu funkcijas metabolisma procesu vai gēnu transkripcijas kavēšanā vai aktivizēšanā.

Kam aktivizējas cikliskā AMP?

Viena no galvenajām funkcijām, kas saistīta ar šo regulējošo molekulu, ir fosforilāzes vai kināzes enzīmu aktivizēšana, kas katalizē fosforilgrupu pievienošanu vai noņemšanu citiem proteīniem un fermentiem.

Parasti šūnas ierosināšanu papildina cikliskās AMP koncentrācijas palielināšanās, vienlaikus palielinoties kalcija transportam uz šūnu, kurai ir funkcijas ciklisko AMP ražojošo adenilciklāzes enzīmu aktivizēšanai.

Gan ziņojuma sintēze un pārraide, gan cikliskā AMP noārdīšanās šūnās ir smalki regulēti procesi, kas piedalās ķermeņa homeostāzes uzturēšanā.

Atsauces

1. Bopps, T., Bekers, C., Kleins, M., Kleins-Hešlings, S., Palmetshofers, A., Serfs, E.,… Šmēdiņš, E. (2007). Ciklisks adenozīna monofosfāts ir galvenā T šūnu pārziņā esošās nomākuma sastāvdaļa. The Journal of Experimental Medicine, 204 (6), 1303–1310.
2. Nelsons, DL, & Cox, MM (2009). Lehingera bioķīmijas principi. Omega izdevumi (5. izdevums).
3. Ņūtons, RP un Smits, CJ (2004). Cikliskie nukleotīdi, 65, 2423–2437.
4. Rasmusens, H. (1970). Šūnu komunikācija, kalcija jons un cikliskais adenozīna monofosfāts. Zinātne, 170, 404-412.
5. Rasmusens, H., un Tenenhouse, A. (1968). Cikliskais adenozīna monofosfāts, Ca ++ un membrānas. Bioķīmija, 59, 1364-1370.