CIKLIČKI POJAČALO: STRUKTURA I FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

Ciklički AMP ili adenozin 3”, 5'-monofosfat je ciklički nukleotid koji djeluje kao sekundarni glasnik i dio osnovnih elemenata biokemijske unutarstanične kontrole komunikacije i u mnogim živim organizmima.

Njegovo postojanje demonstrirali su prije gotovo 70 godina Sutherland i Rall (1958), koji su opisali fenomen nakupljanja ovog nukleotida u stanicama jetre kao rezultat davanja epinefrina (adrenalina).

Kemijska struktura cikličkog AMP (Izvor: Wesalius via Wikimedia Commons)

Od svog otkrića, ciklički AMP je kod sisavaca povezan s djelovanjem mnogih hormona, s izlučivanjem endokrinog i egzokrinog sustava, s oslobađanjem neurotransmitera na sinapsijskim i neuromuskularnim spojnicama, među mnogim drugim funkcijama.

Njegovu sintezu kataliziraju tri familije proteina povezanih s plazma membranom poznatim kao adenil ciklaze ili adenilatne ciklaze, sposobne proizvesti ciklički spoj iz ATP-a i oslobađanje pirofosfata u unutrašnjosti stanice.

S druge strane, njegova razgradnja posreduje enzimima fosfodiesteraze koji su topljivi proteini koji se nalaze uglavnom u citosolu.

Ti se enzimi, a samim tim i ciklički AMP, nalaze u izuzetno raznolikim organizmima, jednostavnim poput jednoćelijskih algi i mnogih drugih mikroorganizama (bakterija i drugih) i složenim poput višećelijskih životinja s kompliciranim signalnim putovima.

Iako je njegova prisutnost u biljkama predmet rasprave, postoje određeni dokazi koji ukazuju na to da neke biljne vrste posjeduju adenilat ciklazu, iako njegova funkcija nije zadovoljavajuće utvrđena.

Struktura

Kemijska struktura cikličkog AMP-a razjašnjena je rendgenskom kristalografijom i studijama protonske nuklearne magnetske rezonancije.

Ovo je ciklička molekula stabilna na toplinu ("toplinski stabilna") i stabilnija na alkalnu hidrolizu od svog necikličkog kolege, AMP ili adenosinofenofosfata.

Kao i svi fosfatni nukleotidi, ciklički AMP ima fosfatnu skupinu vezanu na ugljikov kisik na 5 'položaju molekule riboze, koja je zauzvrat povezana s heterocikličkom dušikovom bazom u prstenu preko ugljika u položaju 1' a to odgovara adeninu.

Fosfatna skupina šećera za ribozu, za razliku od necikličkih fosfatnih nukleotida, fuzionirana je u transu kroz fosfodiestersku vezu s kisikovima ugljika u položaju 3 'i 5' riboze (3 ', 5'- transfuzirani fosfat).

To vezanje ograničava kretanje furanskog prstena koji tvori ribozu i zatvara fosfatnu skupinu u "stolici".

U usporedbi s necikličkim nukleotidima, ciklički AMP i drugi srodni nukleotidi manje su molekule nižeg polariteta, što je važan faktor njihove diferencijacije od proteina koji na njih reagiraju.

Konformacija glikozidne veze koja nastaje između riboze i adenskog prstena ima određenu slobodu rotacije. Ovo je također važan strukturni parametar za njegovo razlikovanje od ostalih nukleotida (nije samo identitet dušične baze).

Značajke

Kao sekundarni glasnik, ciklički AMP sudjeluje u aktiviranju mnogih signalizacijskih procesa (nakon njegove sinteze) ili u aktiviranju različitih enzima "nizvodno" u signalnoj kaskadi kojom se proizvodi.

Sudjeluje u jetrenoj glikogenolizi i u oslobađanju inzulina iz gušterače, u oslobađanju amilaze iz žlijezda slinovnica i u djelovanju estrogena u maternici.

Ima univerzalne funkcije u kontroli ekspresije gena i u integraciji više metaboličkih funkcija. Mnogi citokini koriste i kalcij i ciklički AMP kako bi izvršili svoje funkcije.

Među hormone koji koriste ciklički AMP u svojim signalnim procesima (bilo povećanjem ili smanjenjem njegove unutarćelijske koncentracije) mogu se uključiti kateholamini, glukagon, vazopresin, paratiroidni hormon, prostaglandini, inzulin, melatonin i adrenalin, među ostalim.

Još jedna od njegovih brojnih funkcija je inhibiranje rasta, diferencijacije i proliferacije T stanica u sisavaca, vjerojatno aktivacijom ili indukcijom represivnog regulatora citokina ovih procesa u takvim stanicama.

Ciklički AMP i adenilatske ciklaze koji ga proizvode također su povezani s funkcijom mnogih proteinskih receptora povezanih s G proteinom, koji su povezani s različitim signalnim mehanizmima i drugim važnim staničnim procesima.

U metabolizmu glukoze

U sisavaca ciklički AMP ima ulogu u regulaciji glikolitičkog i glukoneogenog puta kroz inhibiciju aktivnosti enzima foshofruktokinaza 2 (PFK-2), koji katalizira drugu reakciju glikolize.

Mehanizam uključuje sudjelovanje hormona glukagona u aktivaciji hepatičke adenilat ciklaze, što uzrokuje značajno povećanje koncentracije cikličkog AMP.

Ovaj ciklički AMP aktivira protein-kinazu ovisnu o cAMP koja fosforilira i inhibira aktivnost foshofruktokinaze PFK-2, što je bifunkcionalni enzim s aktivnostima fruktoze bisfosfataze.

Kako se odvija proces signalizacije koji uključuje ciklički AMP?

Prvi glasnik (promjenjive kemijske prirode) koji dosegne određenu stanicu kao vanjski podražaj interakciju s enzimom adenilata ciklaza u plazma membrani, što inducira proizvodnju cikličkog AMP.

Povećanje koncentracije cikličkog AMP djeluje u aktiviranju drugih faktora (općenito enzimskih) koji imaju dodatne funkcije u inhibiciji ili aktivaciji metaboličkih procesa ili transkripciji gena.

Tko aktivira ciklički AMP?

Jedna od glavnih funkcija povezana s ovom regulatornom molekulom je aktiviranje enzima fosforilaze ili kinaze, koji kataliziraju dodavanje ili uklanjanje fosforilnih skupina drugim proteinima i enzimima.

Normalno, pobuđivanje stanice prati porast koncentracije cikličkog AMP-a, istodobno s povećanjem transporta kalcija u stanicu koja djeluje na aktiviranje cikličkih enzima adenil ciklaze koji proizvode AMP.

I sinteza i prijenos poruke i razgradnja cikličkog AMP u stanicama su dobro regulirani procesi koji sudjeluju u održavanju tjelesne homeostaze.

Reference

1. Bopp, T., Becker, C., Klein, M., Klein-heßling, S., Palmetshofer, A., Serfl, E.,… Schmitt, E. (2007). Ciklički adenozin monofosfat je ključna komponenta regulatornog suzbijanja T-stanica. Časopis za eksperimentalnu medicinu, 204 (6), 1303–1310.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovi principi biokemije. Omega izdanja (5. izd.).
3. Newton, RP, & Smith, CJ (2004). Ciklični nukleotidi, 65, 2423–2437.
4. Rasmussen, H. (1970). Stanična komunikacija, kalcijev ion i ciklični adenosin-monofosfat. Znanost, 170, 404-412.
5. Rasmussen, H., i Tenenhouse, A. (1968). Ciklički adenosin monofosfat, Ca ++ i membrane. Biokemija, 59, 1364-1370.