CIKLIČNI OJAČEVALNIK: STRUKTURA IN FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Ciklični AMP ali adenozin 3 ', 5'-monofosfat je ciklični nukleotid da deluje kot sekundarni prenašalec in del osnovne elemente biokemične znotrajcelične nadzor in komunikacije v mnogih živih organizmov.

Njen obstoj sta pred skoraj 70 leti dokazala Sutherland in Rall (1958), ki sta opisala pojav kopičenja tega nukleotida v jetrnih celicah kot posledica dajanja epinefrina (adrenalina).

Kemična struktura cikličnih AMP (Vir: Wesalius via Wikimedia Commons)

Od odkritja je bil ciklični AMP pri sesalcih povezan z delovanjem številnih hormonov, z endokrinim in eksokrinim izločanjem, s sproščanjem nevrotransmiterjev na sinapsi in živčno-mišičnih stičiščih, med številnimi drugimi funkcijami.

Njegovo sintezo katalizirajo tri družine beljakovin, povezanih s plazemsko membrano, znanimi kot adenil ciklaze ali adenilat ciklaze, ki lahko proizvajajo ciklično spojino iz ATP in sproščajo pirofosfat v notranjost celice.

Po drugi strani njegovo razgradnjo posredujejo encimi iz družine fosfodiesteraze, ki so topni proteini, ki jih najdemo predvsem v citosolu.

Ti encimi in s tem ciklični AMP najdemo v izjemno raznolikih organizmih, tako enostavnih kot enocelične alge in številni drugi mikroorganizmi (bakterije in drugi) ter tako kompleksne kot večcelične živali z zapletenimi signalnimi potmi.

Čeprav je njegova prisotnost v rastlinah predmet razprave, obstajajo nekateri dokazi, ki kažejo, da imajo nekatere rastlinske vrste aktivnost adenilata ciklaze, čeprav njena funkcija ni bila zadovoljivo določena.

Struktura

Kemijsko strukturo cikličnega AMP smo razjasnili z rentgensko kristalografijo in s študijami protonske jedrske magnetne resonance.

To je ciklična molekula, ki je toplotno stabilna in bolj stabilna na alkalno hidrolizo kot njen neciklični kolega, AMP ali adenozin monofosfat.

Kot vsi fosfatni nukleotidi ima tudi ciklični AMP fosfatno skupino, ki je na 5 'položaju molekule riboze vezana na ogljikov kisik, ta pa je prek ogljika na položaju 1' vezan na heterociklično obročno dušikovo bazo in to ustreza adeninu.

Fosfatna skupina riboznega sladkorja se za razliko od necikličnih fosfatnih nukleotidov zliva trans v fosfodiesterski vezi z oksigeni ogljikov na 3 'in 5' položaju riboze (3 ', 5'- transfuziran fosfat).

Ta vezava omejuje gibanje furanskega obroča, ki tvori ribozo in obdaja fosfatno skupino v "stolčevo" konformacijo.

V primerjavi z necikličnimi nukleotidi so ciklični AMP in drugi sorodni nukleotidi manjše molekule z nižjo polarnostjo, kar je pomemben dejavnik za njihovo diferenciacijo s proteini, ki se nanje odzivajo.

Konformacija glikozidne vezi, ki nastane med ribozo in adeninskim obročem, ima nekaj svobode vrtenja. To je tudi pomemben strukturni parameter za razlikovanje od drugih nukleotidov (ne le, da je značilnost dušikove baze).

Lastnosti

Kot sekundarni glasnik ciklični AMP sodeluje pri aktiviranju številnih signalnih procesov (po njegovi sintezi) ali v aktiviranju različnih encimov "nizvodno" v signalni kaskadi, po kateri se proizvaja.

Sodeluje pri jetrni glikogenolizi in pri sproščanju insulina iz trebušne slinavke, pri sproščanju amilaze iz slinavk in pri delovanju estrogena v maternici.

Ima univerzalne funkcije pri nadzoru ekspresije genov in pri vključevanju več metaboličnih funkcij. Mnogi citokini za opravljanje svojih funkcij uporabljajo tako kalcijev kot ciklični AMP.

Med hormone, ki v svojih signalnih procesih uporabljajo ciklični AMP (bodisi s povečanjem ali zmanjšanjem njegove znotrajcelične koncentracije), lahko uvrstimo kateholamine, glukagon, vazopresin, paratiroidni hormon, prostaglandine, inzulin, melatonin in med drugim adrenalin.

Druga od njegovih številnih funkcij je zaviranje rasti, diferenciacije in proliferacije T celic pri sesalcih, verjetno z aktivacijo ali indukcijo represorja regulatornih citokinov teh procesov v takšnih celicah.

Ciklični AMP in adenilat ciklaze, ki ga proizvajata, sta povezana tudi s funkcijo številnih beljakovinskih receptorjev, povezanih z G, ki so povezani z različnimi signalnimi mehanizmi in drugimi pomembnimi celičnimi procesi.

V presnovi glukoze

Pri sesalcih ima ciklični AMP vlogo pri uravnavanju glikolitične in glukoneogene poti skozi inhibicijo aktivnosti encima foshofruktokinaza 2 (PFK-2), ki katalizira drugo reakcijo glikolize.

Mehanizem vključuje sodelovanje hormona glukagona v aktivaciji hepatične adenilat ciklaze, kar povzroči znatno povečanje koncentracije cikličnega AMP.

Ta ciklični AMP aktivira cAMP-odvisno proteinsko kinazo, ki fosforilira in zavira aktivnost foshofruktokinaze PFK-2, ki je bifunkcijski encim z aktivnostjo fruktoze bisfosfataze.

Kako poteka proces signalizacije, ki vključuje ciklično AMP?

Prvi glasnik (spremenljive kemijske narave), ki doseže določeno celico kot zunanji dražljaj, v plazemski membrani vzajemno deluje z encimom adenilat ciklaza, kar povzroči proizvodnjo cikličnega AMP.

Povečanje koncentracije cikličnega AMP deluje med aktiviranjem drugih dejavnikov (na splošno encimskih), ki imajo med drugim dodatne funkcije inhibicije ali aktivacije presnovnih procesov ali transkripcije genov.

Kdo aktivira ciklično AMP?

Ena glavnih funkcij, povezanih s to regulacijsko molekulo, je aktiviranje encimov fosforilaze ali kinaze, ki katalizirajo dodajanje ali odstranjevanje fosforilnih skupin drugim beljakovinam in encimom.

Običajno vzbujanje celice spremlja povečanje koncentracije cikličnega AMP, sočasno s povečanjem prenosa kalcija v celico, ki ima funkcije pri aktivaciji cikličnih encimov adenil ciklaze, ki proizvajajo AMP.

Tako sinteza in prenos sporočila kot tudi razgradnja cikličnega AMP v celicah sta natančno regulirani procesi, ki sodelujejo pri vzdrževanju telesne homeostaze.

Reference

1. Bopp, T., Becker, C., Klein, M., Klein-heßling, S., Palmetshofer, A., Serfl, E.,… Schmitt, E. (2007). Ciklični adenozin monofosfat je ključni sestavni del regulacijske T-celične supresije. Časopis za eksperimentalno medicino, 204 (6), 1303–1310.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Izdaje Omega (5. izd.).
3. Newton, RP, & Smith, CJ (2004). Ciklični nukleotidi, 65, 2423–2437.
4. Rasmussen, H. (1970). Celična komunikacija, kalcijev ion in ciklični monofosfat adenozin. Znanost, 170, 404–412.
5. Rasmussen, H., in Tenenhouse, A. (1968). Ciklični adenozin-monofosfat, Ca ++ in membrane. Biokemija, 59, 1364-1370.