ADENYLAATTISYKLAASI: OMINAISUUDET, TYYPIT, TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

Adenylaattisyklaasin tai adenylaattisyklaasia on entsyymi, joka vastaa ATP: n konver-, molekyylin korkean energian syklisen AMP: n, joka on tärkeä signalointi molekyyli, joka aktivoi erilaisia proteiineja syklisen AMP-riippuvainen tärkeitä fysiologisia toimintoja.

Sen aktiivisuutta säätelevät monet tekijät, kuten esimerkiksi hormonien, välittäjäaineiden ja muiden erityyppisten säätelevien molekyylien (kahdenarvoiset kalsiumionit ja G-proteiinit, muutamia mainitaksen) koordinoitu vaikutus.

Adenylaattisyklaasikaavio (Lähde: Käyttäjän Bensaccount en.wikipediassa Wikimedia Commonsin kautta)

Tämän entsyymin tärkein merkitys on sen katalysoiman reaktion tuotteen, syklisen AMP: n, merkityksessä, koska se osallistuu monien aineenvaihduntaan ja kehitykseen liittyvien soluilmiöiden hallintaan sekä vasteeseen erilaisiin ulkoisiin ärsykkeisiin.

Luonnossa sekä yksisoluiset organismit (suhteellisen yksinkertaiset) että suuret ja monimutkaiset monisoluiset eläimet käyttävät syklistä AMP: tä toisena sanansaattajana, ja siksi sitä tuottavia entsyymejä.

Fylogeneettiset tutkimukset osoittavat, että nämä entsyymit ovat peräisin yhteisestä esi-isästä ennen eubakteerien ja eukaryoottien erottelua, mikä viittaa siihen, että syklisellä AMP: llä oli erilaisia ​​toimintoja, jotka liittyvät ehkä ATP-tuotantoon.

Tällainen toteamus on mahdollista hyväksyä, koska adenylaattisyklaasin katalysoima reaktio on helposti palautuva, mikä voidaan nähdä ATP-synteesin tasapainotilassa (K eq ≈ 2,1 ± 0,2 10 - 9 M 2).

Ominaisuudet ja rakenne

Suurin osa eukaryoottisista adenylaattisyklaasientsyymeistä liittyy plasman kalvoon, mutta bakteereissa ja nisäkässoluissa niitä löydetään liukoisina proteiineina sytosolissa.

Hiivassa ja eräissä bakteereissa ne ovat perifeerisiä membraaniproteiineja, kun taas tietyissä amebeba-lajeissa ne ovat molekyylejä, joilla on yksi kalvon läpäisevä segmentti.

Rakenteelliset ominaisuudet

Ne ovat proteiineja, jotka koostuvat suurista polypeptidiketjuista (yli 1 000 aminohappotähdettä), jotka läpäisevät plasmamembraanin 12 kertaa kahden alueen läpi, jotka koostuvat kuudesta alfa-helix-konformaatiota omaavasta läpäisevästä domeenista.

Jokainen kalvon läpäisevä alue on erotettu suurella sytosolisella domeenilla, joka vastaa katalyyttisestä aktiivisuudesta.

Eukaryoottisten organismien joukossa on joitain konservoituneita aiheita näiden entsyymien aminoterminaalisen alueen fragmentissa, samoin kuin sytoplasmisen domeenin ollessa noin 40 kDa, jonka rajaavat hydrofobiset leikkeet.

Katalyyttinen paikka

Reaktio, jota nämä entsyymit katalysoivat, ts. Diesterisidoksen muodostuminen asemassa 3 'olevan OH-ryhmän nukleofiilisen hyökkäyksen kautta asemassa 5' olevan nukleosiditrifosfaatin fosfaattiryhmään, riippuu yhteisestä rakenteellisesta motiivista, joka tunnetaan nimellä domeeni Palm".

Tämä "palmu" -domeeni koostuu "βαβααβ" -motiivista ("β", joka tarkoittaa β-taitettuja arkkeja ja "α" alfa-helikkelia) ja siinä on kaksi muuttumatonta asparagiinihappotähdettä, jotka koordinoivat kahta vastuullista metalli-ionia katalyysi, joka voi olla kaksiarvoisia magnesium- tai sinkki-ioneja.

Monet tutkimukset, jotka liittyvät näiden entsyymien kvaternääriseen rakenteeseen, ovat paljastaneet, että niiden katalyyttinen yksikkö esiintyy dimeerinä, jonka muodostuminen riippuu kalvon läpäisevistä segmenteistä, jotka liittyvät proteiinin muodostumisen aikana endoplasmiseen retikulumiin.

Sijainti

On määritetty, että kuten monien integraalisten kalvoproteiinien, kuten G-proteiinien, kanssa, joilla on fosfatidyylinositoliankkurit, ja monien muidenkin, adenyylisyklaaseja löytyy erityisistä membraanialueista tai mikrodomeeneista, jotka tunnetaan nimellä "lipidireisit" (Englanti "lipidilautta").

Nämä membraanidomeenit voivat olla halkaisijaltaan jopa satoja nanomerejä ja koostuvat pääasiassa kolesterolista ja sfingolipideistä, joilla on pitkät, pääasiassa tyydyttyneet rasvahappoketjut, mikä tekee niistä vähemmän nestemäisiä ja mahdollistaa erilaisten kalvojen segmenttien sijoittamisen proteiineja.

Adenylaattisyklaaseja on myös löydetty liittyvän lipidilauttojen osa-alueisiin, jotka tunnetaan nimellä "caveolae" (englannista "caveolae"), jotka ovat pikemminkin kolesterolirikkaan kalvon ja tähän liittyvän proteiinin, nimeltään caveolin, invaginaatioita.

Tyypit

Luonnossa on olemassa kolme hyvin määriteltyä adenylaattisyklaasin luokkaa ja kaksi, joista keskustellaan parhaillaan.

- Luokka I: niitä on läsnä monissa gramnegatiivisissa bakteereissa, kuten esimerkiksi E. colissa, joissa reaktion syklisellä AMP-tuotteella on ligandi transkriptiotekijöille, jotka vastaavat katabolisten operonien säätelystä.

- luokka II: löytyy joistakin bakteerisukujen patogeeneistä, kuten Bacillus tai Bordetella, missä ne toimivat solunulkoisina toksiineina. Ne ovat proteiineja, jotka aktivoi isäntäkaloduliini (puuttuu bakteereissa).

- luokka III: tunnetaan nimellä "yleisluokka" ja liittyvät fylogeneettisesti guanylaattisyklaaseihin, jotka suorittavat samanlaisia ​​toimintoja. Niitä löytyy sekä prokaryooteista että eukaryooteista, joissa niitä säätelevät eri reitit.

Nisäkkäiden adenylaattisyklaasit

Nisäkkäissä ainakin yhdeksän tyyppisiä näitä entsyymejä on kloonattu ja kuvattu, koodattu yhdeksällä itsenäisellä geenillä ja kuuluvat luokkaan III adenyylisyklaasi.

Ne jakavat monimutkaiset rakenteet ja membraanitopologiat, samoin kuin heille ominaiset kaksoiskatalyyttiset domeenit.

Nisäkkäiden isoformeihin viittaamiseen käytetty nimikkeistö vastaa kirjaimia AC (adenylaattisyklaasin tapauksessa) ja lukua 1-9 (AC1 - AC9). Kaksi AC8-entsyymin muunnosta on myös raportoitu.

Näissä eläimissä läsnä olevat isomuodot ovat homologisia suhteessa niiden katalyyttisten kohtien primaarirakenteen sekvenssiin ja kolmiulotteiseen rakenteeseen. Yhden näistä entsyymeistä sisällyttäminen jokaiseen "tyyppiin" liittyy pääasiassa säätelymekanismeihin, jotka toimivat jokaisessa isomuodossa.

Heillä on ilmaisumallit, jotka ovat usein kudosspesifisiä. Kaikkia isoformeja löytyy aivoista, vaikka jotkut niistä ovatkin rajoittuneet tietyille keskushermoston alueille.

ominaisuudet

Adenylaattisyklaasiperheeseen kuuluvien entsyymien päätehtävänä on muuttaa ATP sykliseksi AMP: ksi ja tätä varten ne katalysoivat molekyylisisäisen 3'-5'-diesterisidoksen muodostumista (reaktio, joka on samanlainen kuin DNA-polymeraasien katalysoima reaktio). vapauttamalla pyrofosfaattimolekyyli.

Nisäkkäissä erilaiset variantit, jotka voidaan saavuttaa, ovat olleet yhteydessä solujen lisääntymiseen, etanoliriippuvuuteen, synaptiseen plastilisuuteen, lääkeriippuvuuteen, vuorokausirytmiin, hajujen stimulaatioon, oppimiseen ja muistiin.

Jotkut kirjoittajat ovat ehdottaneet, että adenylaattisyklaaseilla voi olla lisätoiminto kuljetinmolekyyleinä tai, mikä on sama, kanavaproteiineja ja ionisia kuljettajia.

Nämä hypoteesit on kuitenkin testattu vain perustuen näiden entsyymien läpäisevien segmenttien järjestelyyn tai topologiaan, joilla on joitain homologioita tai rakenteellisia samankaltaisuuksia (mutta ei sekvenssiä) tiettyjen ioninsiirtokanavien kanssa.

Sekä syklisellä AMP: llä että PPi: llä (pyrofosfaatilla), jotka ovat reaktion tuotteita, on toiminnot solutasolla; mutta niiden merkitys riippuu organismista, missä he ovat.

Säätö

Suuri rakenteellinen monimuotoisuus adenyylisyklaasien välillä osoittaa suurta alttiutta monille säätelymuodoille, mikä antaa niiden mahdollisuuden integroitua monenlaisiin solun signalointireiteihin.

Joidenkin näiden entsyymien katalyyttinen aktiivisuus riippuu alfa-ketohapoista, kun taas toisilla on paljon monimutkaisempia säätelymekanismeja, jotka sisältävät säätelyalayksiköitä (stimulaation tai estämisen avulla), jotka riippuvat esimerkiksi kalsiumista ja muista yleensä liukenevista tekijöistä, samoin kuin muiden proteiinien.

Joidenkin G-proteiinien alayksiköt säätelevät negatiivisesti monia adenylaattisyklaaseja (estävät niiden toimintaa), kun taas toisilla on enemmän aktivoivia vaikutuksia.

Viitteet

1. Cooper, DMF (2003). Adenylyylisyklaasien ja cAMP: n säätely ja organisointi. Biochemical Journal, 375, 517-529.
2. Cooper, D., Mons, N., ja Karpen, J. (1995). Adenylyylisyklaasit ja vuorovaikutus kalsiumin ja cAMP-signaloinnin välillä. Nature, 374, 421-424.
3. Danchin, A. (1993). Adenylyylisyklaasien fylogeny. Edistysaskeleet toisessa sanansaattaja- ja fosforiproteiinitutkimuksessa, 27, 109–135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Adenylyylisyklaasi-isoformien säätely ja rooli. Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol., 41, 145 - 174.
5. Linder, U., ja Schultz, JE (2003). Luokan III adenylyylisyklaasit: monikäyttöiset merkkimoduulit. Cellular Signaling, 15, 1081-1089.
6. Tang, W., ja Gilman, AG (1992). Adenylyylisyklaasit. Cell, 70, 669-672.