ADENYLÁT CYKLÁZA: VLASTNOSTI, TYPY, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Adenylátcyklázy nebo adenylylcyklázu je enzym odpovědný za konverzi ATP, molekuly s vysokou energií v cyklického AMP, důležitý signální molekuly, který aktivuje různé proteiny, cyklický AMP-dependentní s důležitými fyziologickými funkcemi.

Jeho aktivita je řízena různými faktory, jako je například společné působení hormonů, neurotransmiterů a dalších regulačních molekul různé povahy (dvojmocné ionty vápníku a G proteiny, abychom jmenovali alespoň některé).

Adenylate cyklase diagram (Source: User Bensaccount on en.wikipedia přes Wikimedia Commons)

Hlavní význam tohoto enzymu spočívá v důležitosti produktu reakce, kterou katalyzuje, cyklického AMP, protože se podílí na kontrole mnoha buněčných jevů souvisejících s metabolismem a vývojem, jakož i na reakci na různé vnější podněty.

V přírodě, jak jednobuněčné organismy (relativně jednoduché), tak velká a složitá mnohobuněčná zvířata používají cyklický AMP jako druhý posel, a proto enzymy, které jej produkují.

Fylogenetické studie prokazují, že tyto enzymy jsou odvozeny od společného předka před oddělením eubakterií a eukaryot, což naznačuje, že cyklický AMP měl různé funkce, možná související s produkcí ATP.

Je možné přijmout takové tvrzení, protože reakce katalyzovaná adenylátcyklázou je snadno reverzibilní, což lze vidět v rovnovážné konstantě pro syntézu ATP (Kqq ≈ 2,1 ± 0,2 10-9 M2).

Vlastnosti a struktura

Většina eukaryotických adenylátcyklázových enzymů je spojena s plazmatickou membránou, ale v bakteriích a savčích spermatických buňkách se nacházejí v rozpustném proteinu v cytosolu.

V kvasnicích a některých bakteriích jsou to proteiny periferních membrán, zatímco u některých druhů améby jsou to molekuly s jediným transmembránovým segmentem.

Strukturální charakteristiky

Jsou to proteiny složené z velkých polypeptidových řetězců (více než 1 000 aminokyselinových zbytků), které 12krát procházejí plazmatickou membránou dvěma oblastmi složenými ze šesti transmembránových domén konformace alfa helixu.

Každá transmembránová oblast je oddělena velkou cytosolovou doménou, která je zodpovědná za katalytickou aktivitu.

Mezi eukaryotickými organismy jsou některé konzervované motivy v fragmentu amino terminální oblasti těchto enzymů, jakož i cytoplazmatická doména přibližně 40 kDa, která je vymezena hydrofobními řezy.

Katalytické místo

Reakce, kterou tyto enzymy katalyzují, tj. Tvorba diesterové vazby nukleofilním útokem skupiny OH v poloze 3 'na fosfátovou skupinu nukleosid trifosfátu v poloze 5', závisí na společném strukturálním motivu známém jako doména. Dlaň".

Tato „palmová“ doména je složena z motivu „βαβαα“ („β“, což znamená β-složené listy a „α“ alfa helixy) a má dva neměnné zbytky kyseliny asparagové, které koordinují dva odpovědné kovové ionty. katalýzy, což mohou být dvojmocné hořčíkové nebo zinečnaté ionty.

Mnoho studií souvisejících s kvartérní strukturou těchto enzymů odhalilo, že jejich katalytická jednotka existuje jako dimer, jehož tvorba závisí na transmembránových segmentech, které se během tvorby proteinu připojují k endoplazmatickému retikulu.

Umístění

Bylo zjištěno, že stejně jako mnoho integrálních membránových proteinů, jako jsou G proteiny, proteiny s fosfatidylinositolovými kotvami a mnoho dalších, jsou adenylové cyklázy nalezeny ve speciálních membránových oblastech nebo v mikro doménách známých jako „lipidové rafty“ (od Anglický "lipidový vor").

Tyto membránové domény mohou mít průměr až stovky nanometrů a jsou složeny hlavně z cholesterolu a sfingolipidů s dlouhými, převážně nasycenými řetězci mastných kyselin, což je činí méně tekutými a umožňuje přizpůsobení transmembránových segmentů různých proteiny.

Byly také nalezeny adenylátové cyklázy spojené s podoblastmi lipidových vorů známých jako „caveolae“ (z anglického „caveolae“), které jsou spíše invaginací membrány bohaté na cholesterol a proteinu asociovaného s tímto zvaným caveolin.

Typy

V přírodě existují tři dobře definované třídy adenylátcyklázy a dvě, které jsou v současné době předmětem diskuse.

- Třída I: jsou přítomny v mnoha gramnegativních bakteriích, jako je například E. coli, kde cyklický AMP produkt reakce funguje jako ligand pro transkripční faktory odpovědné za regulaci katabolických operonů.

- Třída II: nachází se v některých patogenech bakteriálních rodů, jako je Bacillus nebo Bordetella, kde slouží jako extracelulární toxiny. Jsou to proteiny aktivované hostitelským kalmodulinem (v bakteriích chybí).

- Třída III: známá jako „univerzální“ třída a je fylogeneticky příbuzná guanylátovým cyklázám, které plní podobné funkce. Nacházejí se v prokaryotoch i eukaryotech, kde jsou regulovány různými cestami.

Savčí adenylátové cyklázy

U savců bylo klonováno a popsáno alespoň devět typů těchto enzymů, kódováno devíti nezávislými geny a patřící do třídy III adenylové cyklázy.

Sdílejí složité struktury a topologie membrán, jakož i duplicitní katalytické domény, které jsou pro ně charakteristické.

U savců nomenklatura použitá pro označení izoforem odpovídá písmenům AC (pro adenylátcyklázu) a číslu od 1 do 9 (AC1 - AC9). Byly také popsány dvě varianty enzymu AC8.

Izoformy přítomné u těchto zvířat jsou homologní s ohledem na sekvenci primární struktury jejich katalytických míst a trojrozměrnou strukturu. Začlenění jednoho z těchto enzymů do každého „typu“ souvisí hlavně s regulačními mechanismy, které působí na každou izoformu.

Mají vzorce exprese, které jsou často tkáňové. Všechny izoformy se nacházejí v mozku, i když některé jsou omezeny na specifické oblasti centrálního nervového systému.

Funkce

Hlavní funkcí enzymů patřících do rodiny adenylátcyklázy je transformace ATP na cyklický AMP, a proto katalyzují tvorbu intramolekulární 3'-5 'diesterové vazby (reakce podobná reakci katalyzované DNA polymerázami). s uvolněním molekuly pyrofosfátu.

U savců byly různé varianty, kterých lze dosáhnout, spojeny s proliferací buněk, závislostí na ethanolu, synaptickou plasticitou, drogovou závislostí, cirkadiánním rytmem, čichovou stimulací, učením a pamětí.

Někteří autoři navrhli, že adenylátové cyklázy mohou mít další funkci jako transportní molekuly nebo, co je stejné, kanálové proteiny a iontové transportéry.

Tyto hypotézy však byly testovány pouze na základě uspořádání nebo topologie transmembránových segmentů těchto enzymů, které sdílejí některé homologie nebo strukturní podobnosti (ale nikoli sekvenci) s určitými iontovými transportními kanály.

Cyklický AMP a PPi (pyrofosfát), které jsou produkty reakce, mají funkce na buněčné úrovni; ale jejich význam závisí na organismu, kde jsou.

Nařízení

Velká strukturální rozmanitost mezi adenylovými cyklázy ukazuje velkou náchylnost k různým formám regulace, což jim umožňuje integraci do velkého množství buněčných signálních drah.

Katalytická aktivita některých z těchto enzymů závisí na alfa keto kyselinách, zatímco jiné mají mnohem složitější regulační mechanismy zahrnující regulační podjednotky (stimulací nebo inhibicí), které závisí například na vápníku a dalších obecně rozpustných faktorech, jakož i dalších proteinů.

Mnoho adenylátových cyklů je negativně regulováno podjednotkami některých G proteinů (inhibují jejich funkci), zatímco jiné mají aktivační účinky.

Reference

1. Cooper, DMF (2003). Regulace a organizace adenylylcykláz a cAMP. Biochemical Journal, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., & Karpen, J. (1995). Adenylylcyklázy a interakce mezi signalizací vápníku a cAMP. Nature, 374, 421-424.
3. Danchin, A. (1993). Fylogenní adenylylcykly. Pokroky ve druhém poslání a výzkumu fosfoproteinů, 27, 109–135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Regulace a role izoforem adenylylcyklázy. Ann. Pharmacol. Toxicol. 41, 145-174.
5. Linder, U. a Schultz, JE (2003). Adenylylcykly třídy III: víceúčelové signalizační moduly. Cellular Signaling, 15, 1081-1089.
6. Tang, W., & Gilman, AG (1992). Adenylyl Cyclases. Cell, 70, 669-672.