ADENYLAT CIKLAZA: ZNAČILNOSTI, VRSTE, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Adenilat ciklaze ali adenilil ciklazo je encim odgovoren za pretvorbo ATP, molekulo visoke energije v ciklični AMP, pomembne signalne molekule, ki aktivira različne proteine ciklični AMP odvisnih pomembne fiziološke funkcije.

Njegovo delovanje nadzirajo različni dejavniki, kot so na primer usklajeno delovanje hormonov, nevrotransmiterjev in drugih regulativnih molekul različne narave (dvovalentni kalcijevi ioni in G proteini, če jih naštejemo le malo).

Cikel o diagrami adenilata (Vir: Uporabniški račun na en.wikipedia prek Wikimedia Commons)

Glavni pomen tega encima je v pomembnosti produkta reakcije, ki ga katalizira, cikličnega AMP, saj sodeluje pri nadzoru številnih celičnih pojavov, povezanih s presnovo in razvojem, kot tudi odziva na različne zunanje dražljaje.

V naravi tako enocelični organizmi (sorazmerno preprosti) kot velike in zapletene večcelične živali uporabljajo ciklični AMP kot drugi glasnik in zato encime, ki ga proizvajajo.

Filogenetske študije ugotavljajo, da ti encimi izhajajo iz skupnega prednika pred ločitvijo evbakterij in evkariotov, kar kaže na to, da je imel ciklični AMP različne funkcije, morda povezane s proizvodnjo ATP.

Takšno trditev je mogoče sprejeti, saj je reakcija, katalizirana z adenylat ciklazo, zlahka reverzibilna, kar lahko vidimo v ravnotežni konstanti za sintezo ATP (K eq ≈ 2,1 ± 0,2 10 -9 M 2).

Značilnosti in struktura

Večina evkariontnih encimov adenlat ciklaze je povezanih s plazemsko membrano, v bakterijah in spermijih sesalcev pa jih najdemo kot topne beljakovine v citosolu.

V kvasovkah in nekaterih bakterijah so beljakovine periferne membrane, pri nekaterih vrstah ameb pa molekule z enim transmembranskim segmentom.

Strukturne značilnosti

To so beljakovine, sestavljene iz velikih polipeptidnih verig (več kot 1.000 aminokislinskih ostankov), ki 12-krat prečkajo plazemsko membrano skozi dve regiji, sestavljeni iz šestih transmembranskih domenov alfa vijačnice.

Vsako transmembransko območje je ločeno z veliko citosolno domeno, ki je odgovorna za katalitično aktivnost.

Med evkariontskimi organizmi je nekaj ohranjenih motivov na drobcu amino-terminalnega območja teh encimov, pa tudi citoplazemska domena okoli 40 kDa, ki jo omejujejo hidrofobni odseki.

Katalitično mesto

Reakcija, ki jo ti encimi katalizirajo, to je tvorba diestrske vezi z nukleofilno napadjo OH skupine v položaju 3 'na fosfatno skupino nukleozid trifosfata v položaju 5', je odvisna od skupnega strukturnega motiva, znanega kot domena Dlan ".

Ta domena "dlani" je sestavljena iz motiva "βαβααβ" ("β", kar pomeni β-prepognjene pločevine in "α" alfa vijaki) in ima dva nespremenljiva ostanka asparaginske kisline, ki koordinirata dva odgovorna kovinska iona kataliza, ki so lahko dvovalentni magnezijevi ali cinkovi ioni.

Številne raziskave, povezane s kvartarno strukturo teh encimov, so razkrile, da njihova katalitična enota obstaja kot dimer, katerega tvorba je odvisna od transmembranskih segmentov, ki se med tvorbo proteina združijo v endoplazemski retikulum.

Lokacija

Ugotovljeno je bilo, da tako kot mnogi integralni membranski proteini, kot so G proteini, tisti s fosfatidilinozitolnim sidri in številni drugi, tudi adenil ciklaze najdemo v posebnih membranskih območjih ali mikro domenah, znanih kot "lipidni splavi" (od Angleški "lipid splav").

Te membranske domene so lahko v premeru do sto nanometrov in so sestavljene predvsem iz holesterola in sfingolipidov z dolgimi, pretežno nasičenimi verigami maščobnih kislin, zaradi česar so manj tekoče in omogočajo namestitev transmembranskih segmentov različnih beljakovine.

Ugotovljeno je bilo tudi, da so adenilat ciklaze povezane s podregijami lipidnih splavov, znanih kot "caveole" (iz angleščine "caveolae"), ki so precej invagacije membrane, bogate s holesterolom, in beljakovine, povezane s tem imenovanim kavelin.

Vrste

V naravi obstajata tri natančno opredeljene razrede adenilat ciklaze in dva, ki sta trenutno predmet razprave.

- razred I: so prisotne v številnih gram-negativnih bakterijah, kot je E. coli, na primer, kadar ciklični AMP produkt reakcije deluje kot ligand za transkripcijske faktorje, ki so odgovorni za uravnavanje kataboličnih operonov.

- Razred II: najdemo ga v nekaterih povzročiteljih bakterijskih rodov, kot sta Bacillus ali Bordetella, kjer služijo kot zunajcelični toksini. So beljakovine, ki jih aktivira gostiteljski kalmodulin (odsoten v bakterijah).

- Razred III: znan kot "univerzalni" razred in je filogenetsko povezan z gvanilatnimi ciklazami, ki opravljajo podobne funkcije. Najdemo jih tako v prokariotih kot v evkariotih, kjer jih urejajo različne poti.

Mlečne adenilatne ciklaze

Pri sesalcih je bilo kloniranih in opisanih najmanj devet vrst teh encimov, kodiranih z devetimi neodvisnimi geni in pripadajo razredu adenil ciklaze III.

Imajo zapletene strukture in membranske topologije, pa tudi podvojene katalitične domene, ki so značilne zanje.

Za sesalce nomenklatura, ki se uporablja za označevanje izoform, ustreza črkam AC (za adenylat ciklazo) in številki od 1 do 9 (AC1 - AC9). Opisani sta tudi dve različici encima AC8.

Izoforme, prisotne pri teh živalih, so homologne glede na zaporedje primarne strukture njihovih katalitičnih mest in tridimenzionalno strukturo. Vključitev enega od teh encimov v vsak "tip" je povezana predvsem z regulativnimi mehanizmi, ki delujejo na vsako izoformo.

Imajo vzorce izražanja, ki so pogosto specifični za tkiva. V možganih lahko najdemo vse izoforme, čeprav so nekatere omejene na specifična področja centralnega živčnega sistema.

Lastnosti

Glavna funkcija encimov družine Adenylat Cyclase je pretvorba ATP-ja v ciklični AMP in zato katalizirajo nastajanje intramolekulske 3'-5 'diestrske vezi (reakcija, podobna tisti, ki jo katalizirajo DNK polimeraze). s sproščanjem molekule pirofosfata.

Pri sesalcih so različne variante, ki jih je mogoče doseči, povezane s proliferacijo celic, odvisnostjo od etanola, sinaptično plastičnostjo, odvisnostjo od drog, cirkadianskim ritmom, olfaktorno stimulacijo, učenjem in spominom.

Nekateri avtorji nakazujejo, da imajo lahko adilatni ciklaze dodatno funkcijo transporterskih molekul ali, kar je enako, kanalnih beljakovin in ionskih prenašalcev.

Vendar pa smo te hipoteze preizkusili le na podlagi razporeditve ali topologije transmembranskih segmentov teh encimov, ki imajo nekatere homologije ali strukturne podobnosti (vendar ne zaporedja) z določenimi kanali prenosa ionov.

Tako ciklični AMP kot PPi (pirofosfat), ki sta produkta reakcije, delujeta na celični ravni; toda njihov pomen je odvisen od organizma, kjer so.

Uredba

Velika strukturna raznolikost med adenil ciklazami kaže na veliko dovzetnost za več oblik uravnavanja, kar jim omogoča, da se vključijo v veliko različnih celičnih signalnih poti.

Katalitična aktivnost nekaterih teh encimov je odvisna od alfa keto kislin, medtem ko imajo drugi veliko bolj zapletene regulativne mehanizme, ki vključujejo regulativne podenote (s stimulacijo ali inhibicijo), ki so odvisne na primer od kalcija in drugih splošno topnih dejavnikov, pa tudi drugih beljakovin.

Mnoge adenilat ciklaze negativno uravnavajo podenote nekaterih G proteinov (zavirajo njihovo delovanje), druge pa imajo bolj aktivativne učinke.

Reference

1. Cooper, DMF (2003). Uravnavanje in organizacija adenilil ciklaz in cAMP. Biochemical Journal, 375, 517–529.
2. Cooper, D., Mons, N., in Karpen, J. (1995). Adenilil ciklaze in interakcija med signalizacijo kalcija in cAMP. Narava, 374, 421–424.
3. Danchin, A. (1993). Filogenija adenililnih ciklaz. Napredek v raziskavah Second Messenger in fosfoproteinov, 27, 109–135.
4. Hanoune, J., & Defer, N. (2001). Predpisovanje in vloga izoenformenzenil ciklaze. Ann Rev. Pharmacol. Toksikol. , 41, 145–174.
5. Linder, U., in Schultz, JE (2003). Adenililni cikli razreda III: večnamenski signalni moduli. Celična signalizacija, 15, 1081–1089.
6. Tang, W., Gilman, AG (1992). Cigele Adenil. Celica, 70, 669-672.