ADENYLAT CIKLAZA: KARAKTERISTIKE, VRSTE, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2024

Adenilat ciklaze ili adenilil ciklaze je enzim odgovoran za konverziju ATP molekule visoke energije u ciklički AMP, važna signalna molekula koja aktivira različite proteine cikličnog AMP-zavisnog važne fiziološke funkcije.

Njegovu aktivnost kontroliraju različiti čimbenici kao što su, na primjer, usklađeno djelovanje hormona, neurotransmitera i drugih regulatornih molekula različite prirode (dvovalentni kalcijevi ioni i G proteini, ako ih samo nabrojimo).

Dijagram adenilat ciklaze (Izvor: Korisnički račun na en.wikipedia putem Wikimedia Commonsa)

Glavna važnost ovog enzima leži u važnosti produkta reakcije koji katalizira, cikličnog AMP-a, jer sudjeluje u kontroli mnogih staničnih pojava povezanih s metabolizmom i razvojem, kao i reakciji na različite vanjske podražaje.

U prirodi, i jednoćelijski organizmi (relativno jednostavni), i velike i složene višećelijske životinje koriste ciklički AMP kao drugi glasnik, a samim tim i enzime koji ga proizvode.

Filogenetske studije utvrđuju da su ti enzimi izvedeni od zajedničkog pretka prije odvajanja eubakterija i eukariota, sugerirajući da je ciklički AMP imao različite funkcije, možda povezane s proizvodnjom ATP-a.

Moguće je prihvatiti takvu tvrdnju, jer je reakcija katalizirana adenylat ciklazom lako reverzibilna, što se može vidjeti u konstanti ravnoteže za sintezu ATP (K eq ≈ 2,1 ± 0,2 10 -9 M2).

Karakteristike i struktura

Većina enzima eukariotske adenilat ciklaze povezana je s plazma membranom, ali u bakterijama i u spermatozoidima sisavaca nalaze se kao topljivi proteini u citosolu.

U kvascu i nekim bakterijama oni su bjelančevine periferne membrane, dok su kod određenih vrsta ameba molekule s jednim transmembranskim segmentom.

Strukturne karakteristike

Oni su proteini sastavljeni od velikih polipeptidnih lanaca (od više od 1.000 aminokiselinskih ostataka), koji 12 puta prelaze plazma membranu kroz dvije regije sastavljene od šest transmembranskih domena alfa helijske konformacije.

Svaka transmembranska regija odvojena je velikom citosolnom domenom koja je odgovorna za katalitičku aktivnost.

Među eukariotskim organizmima postoje sačuvani motivi u fragmentu amino-terminalne regije ovih enzima, kao i citoplazmatska domena od oko 40 kDa, koja je ograničena hidrofobnim odjeljcima.

Katalitičko mjesto

Reakcija koju ovi enzimi kataliziraju, tj. Stvaranje diesterske veze nukleofilnim napadom OH grupe u položaju 3 'na fosfatnu skupinu nukleozid trifosfata u položaju 5', ovisi o uobičajenom strukturalnom motivu poznatom kao domena Dlan".

Ova "dlana" domena sastavljena je od "βαβααβ" motiva ("β" što znači β presavijene ploče i "α" alfa helikosti) i ima dva nepromjenjiva ostatka aspartanske kiseline koji koordiniraju dva odgovorna metalna iona kataliza, koja može biti dvovalentni ioni magnezija ili cinka.

Mnoga istraživanja vezana za kvaternarnu strukturu ovih enzima otkrila su da njihova katalitička jedinica postoji kao dimer čija formacija ovisi o transmembranskim segmentima, koji se pridružuju u endoplazmatskom retikulu tijekom stvaranja proteina.

Mjesto

Utvrđeno je da se poput mnogih integralnih membranskih proteina, poput G proteina, onih s fosfatidilinozitolskim sidrom i mnogih drugih, adenil ciklaza nalazi u posebnim membranskim regijama ili mikro domenama poznatim kao "lipidni splavi" (od Engleski "lipid splav").

Te membranske domene mogu biti u promjeru do stotine nanometara i sastavljene su uglavnom od kolesterola i sfingolipida s dugim, pretežno zasićenim lancima masnih kiselina, što ih čini manje tečnim i omogućava smještaj transmembranskih segmenata različitih proteini.

Pronađene su i adenilatne ciklaze povezane s podregijama lipidnih splavova poznatih kao "caveolae" (od engleskog "caveolae"), koje su prilično invagacija membrane bogate kolesterolom i bjelančevinama povezanim s tim imenom cavelolin.

vrste

U prirodi postoje tri dobro definirana razreda adenylat ciklaze i dvije koje su trenutno predmet rasprave.

- Klasa I: prisutne su u mnogim gram-negativnim bakterijama, kao što je E. coli, na primjer, gdje ciklički AMP produkt reakcije djeluje kao ligand transkripcijskih faktora odgovornih za regulaciju kataboličkih operona.

- Klasa II: nalaze se u nekim patogenima bakterijskih rodova kao što su Bacillus ili Bordetella, gdje služe kao izvanćelijski toksini. Oni su proteini aktivirani kalmodulinom domaćina (odsutnim u bakterijama).

- Klasa III: poznata kao "univerzalna" klasa i filogenetski su povezana s gvanilatnim ciklazama, koje obavljaju slične funkcije. Nalaze se u oba prokariota i eukariota, gdje su regulirani na različite načine.

Adenilatne ciklaze sisavaca

U sisavaca je najmanje devet vrsta ovih enzima klonirano i opisano, a kodirano ih je devet neovisnih gena i koji pripadaju klasi adenil ciklaze III.

Dijele složene strukture i topologije membrane, kao i duplicirane katalitičke domene koje su karakteristične za njih.

Za sisavce nomenklatura koja se koristi za označavanje izoforma odgovara slovima AC (za adenylat ciklazu) i broju od 1 do 9 (AC1 - AC9). Prijavljene su i dvije inačice enzima AC8.

Izoformi prisutni u ovih životinja su homologni s obzirom na redoslijed primarne strukture njihovih katalitičkih mjesta i trodimenzionalnu strukturu. Uključivanje jednog od tih enzima u svaki "tip" uglavnom je povezano s regulatornim mehanizmima koji djeluju na svaki izoform.

Imaju izražene obrasce koji su često specifični za tkivo. Svi se izoformi mogu naći u mozgu, iako su neki ograničeni na specifična područja središnjeg živčanog sustava.

Značajke

Glavna funkcija enzima iz porodice adenylat ciklaze je pretvaranje ATP-a u ciklički AMP i za to kataliziraju stvaranje intramolekularne 3'-5 'diesterske veze (reakcija slična onoj koju katalizira DNK polimeraza). s oslobađanjem molekule pirofosfata.

U sisavaca se različite varijante koje se mogu postići odnose na staničnu proliferaciju, ovisnost o etanolu, sinaptičku plastičnost, ovisnost o lijekovima, cirkadijanski ritam, olfaktornu stimulaciju, učenje i pamćenje.

Neki su autori predložili da adenilatne ciklaze mogu imati dodatnu funkciju kao molekule transportera ili, što je isto, kanalni proteini i jonski transporteri.

Međutim, ove su hipoteze testirane samo na temelju rasporeda ili topologije transmembranskih segmenata ovih enzima koji dijele neke homologije ili strukturne sličnosti (ali ne slijed) s određenim kanalima prijenosa iona.

I ciklički AMP i PPi (pirofosfat), koji su proizvodi reakcije, imaju funkcije na staničnoj razini; ali njihova važnost ovisi o organizmu u kojem se nalaze.

regulacija

Velika strukturna raznolikost adenil ciklaza pokazuje veliku osjetljivost na višestruke oblike regulacije, što im omogućava da se integriraju u veliku raznolikost staničnih signalnih putova.

Katalitička aktivnost nekih od tih enzima ovisi o alfa keto kiselinama, dok drugi imaju mnogo složenije regulatorne mehanizme koji uključuju regulatorne podjedinice (stimulacijom ili inhibicijom) koji ovise, na primjer, o kalcijumu i drugim općenito topljivim faktorima, kao i ostalih proteina.

Mnoge adenilatne ciklaze negativno se reguliraju podjedinicama nekih G proteina (inhibiraju njihovu funkciju), dok druge pokazuju jače aktivirajuće učinke.

Reference

1. Cooper, DMF (2003). Regulacija i organizacija adenil-ciklaza i cAMP. Biochemical Journal, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., i Karpen, J. (1995). Adenil-ciklaze i interakcija između signala kalcija i cAMP-a. Priroda, 374, 421-424.
3. Danchin, A. (1993). Filogenija adenilnih ciklaza. Napredak u istraživanjima drugog glasnika i fosfoproteina, 27, 109–135.
4. Hanoune, J., i Defer, N. (2001). Regulacija i uloga izoenformi adenilil ciklaze. Ann. Vlč. Pharmacol. Toxical., 41, 145-174.
5. Linder, U., i Schultz, JE (2003). Adenilni cikli klase III: višenamjenski signalni moduli. Stanična signalizacija, 15, 1081-1089.
6. Tang, W., & Gilman, AG (1992). Adenililciklaze. Ćelija, 70, 669-672.