АДЕНИЛАТ ЦИКЛАЗА: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ВРСТЕ, ФУНКЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Аденилат циклазе или аденилил циклазе је ензим одговоран за конверзију АТП, молекула високе енергије у циклични АМП, важан сигнални молекул који активира различите протеине циклични АМП-зависне витх значајне физиолошке функције.

Његову активност контролишу различити фактори као што су, на пример, усклађено деловање хормона, неуротрансмитера и других регулаторних молекула различите природе (двовалентни јони калцијума и Г протеини, ако их само набројимо).

Дијаграм аденилатне циклазе (Извор: Кориснички рачун на ен.википедиа путем Викимедиа Цоммонс)

Главна важност овог ензима лежи у важности продукта реакције коју катализује, цикличног АМП-а, јер учествује у контроли многих ћелијских феномена повезаних са метаболизмом и развојем, као и реакцији на различите спољашње стимулусе.

У природи, и једноћелијски организми (релативно једноставни), и велике и сложене вишећелијске животиње користе циклични АМП као други гласник, и самим тим ензиме који га производе.

Филогенетске студије утврђују да су ови ензими изведени од заједничког претка пре раздвајања еубактерија и еукариота, што сугерише да је циклички АМП имао различите функције, можда повезане са производњом АТП-а.

Могуће је прихватити такву тврдњу, јер је реакција катализирана аденилат циклазом лако реверзибилна, што се може видети у константу равнотеже за синтезу АТП (К ек ≈ 2.1 ± 0.2 10 -9 М2).

Карактеристике и структура

Већина ензима еукариотске аденилат циклазе повезана је са плазма мембраном, али у бактеријама и сперматозоидима сисара налазе се као растворљиви протеини у цитосолу.

У квасцу и неким бактеријама они су протеини периферне мембране, док су код одређених врста амеба молекули са једним трансмембранским сегментом.

Структурне карактеристике

Они су протеини састављени од великих полипептидних ланаца (од више од 1.000 аминокиселинских остатака), који 12 пута прелазе плазма мембрану кроз две регије састављене од шест трансмембранских домена алфа хелијске конформације.

Свака трансмембранска регија одвојена је великим цитосолним доменом који је одговоран за каталитичку активност.

Међу еукариотским организмима постоје сачувани мотиви у фрагменту амино-терминала ових ензима, као и цитоплазматски домен од око 40 кДа, који је ограничен хидрофобним одсецима.

Цаталитиц сите

Реакција коју ови ензими катализују, то јест формирање диестерске везе кроз нуклеофилне нападе ОХ групе у положају 3 'на фосфатну групу нуклеозид трифосфата у положају 5', зависи од заједничког структуралног мотива познатог као домен Палма".

Овај "длан" домен састоји се од "βαβααβ" мотива ("β" што значи да су β пресавијени листови и "α" алфа хеликостери) и има два непромењива остатка аспартанске киселине који координирају два одговорна јона метала катализа, која може бити двовалентни јони магнезијума или цинка.

Многа истраживања везана за квартарну структуру ових ензима открила су да њихова каталитичка јединица постоји као димер чија формација зависи од трансмембранских сегмената, који се спајају у ендоплазматски ретикулум током стварања протеина.

Локација

Утврђено је да се попут многих протеина интегралне мембране, као што су Г протеини, оних са фосфатидилинозитолским сидром и многих других, аденил циклаза налази у посебним мембранским областима или микро доменама познатим као "липидни сплавови" (од Енглески "липид сплав").

Те мембранске домене могу бити у пречнику до стотине нанометара и састављене су углавном од холестерола и сфинголипида са дугим и претежно засићеним ланцима масних киселина, што их чини мање течним и омогућава смештај трансмембранских сегмената различитих протеина.

Пронађене су и аденилатне циклазе повезане са субрегијама липидних сплавова познатих као "цавеолае" (од енглеског "цавеолае"), које су прилично инвазије на мембрани богату холестеролом и протеинима повезаним са тим именом кавеолин.

Врсте

У природи постоје три добро дефинисане класе аденилат циклазе и две које су тренутно предмет расправе.

- Класа И: присутне су у многим грам-негативним бактеријама, као што је Е. цоли, на пример, где циклични АМП продукт реакције делује као лиганд за транскрипционе факторе одговорне за регулацију катаболичких оперона.

- Класа ИИ: налазе се у неким патогенима бактеријских родова као што су Бациллус или Бордетелла, где служе као ванћелијски токсини. То су протеини активирани домаћим калмодулином (који није присутан у бактеријама).

- Класа ИИИ: позната као „универзална“ класа и филогенетски су повезана са гванилатним циклазама, које обављају сличне функције. Налазе се и у прокариотима и у еукариотама, где су регулисани различитим путевима.

Аденилатне циклазе сисара

Код сисара је најмање девет врста ових ензима клонирано и описано, кодирано са девет независних гена и који припадају класи аденил циклазе ИИИ.

Они деле сложене структуре и топологије мембране, као и дуплиране каталитичке домене који су карактеристични за њих.

За сисаре, номенклатура која се користи за означавање изоформа одговара словима АЦ (за аденилат циклазу) и броју од 1 до 9 (АЦ1 - АЦ9). Пријављене су и две варијанте ензима АЦ8.

Изоформи присутни код ових животиња су хомологни у односу на редослед примарне структуре њихових каталитичких места и тродимензионалне структуре. Укључивање једног од ових ензима у сваки "тип" углавном се односи на регулаторне механизме који делују на сваку изоформу.

Имају изражене обрасце који су често специфични за ткиво. Све изоформе могу се наћи у мозгу, мада су неке ограничене на специфична подручја централног нервног система.

Карактеристике

Главна функција ензима из породице аденилат циклазе је да трансформишу АТП у циклични АМП и за то катализују стварање интрамолекуларне 3'-5 'диестерске везе (реакција слична оној коју катализују ДНК полимераза). са ослобађањем молекула пирофосфата.

Код сисара различите варијанте које се могу постићи односе се на пролиферацију ћелија, зависност од етанола, синаптичку пластичност, зависност од лекова, циркадијански ритам, олфакторну стимулацију, учење и памћење.

Неки аутори су сугерисали да аденилатне циклазе могу имати додатну функцију транспортера молекула или, што је исто, каналних протеина и јонских транспортера.

Међутим, ове хипотезе тестиране су само на основу распореда или топологије трансмембранских сегмената ових ензима, који деле неке хомологије или структурне сличности (али не и редослед) са одређеним каналима преноса јона.

И циклични АМП и ППи (пирофосфат), који су производи реакције, имају функције на ћелијском нивоу; али њихова важност зависи од организма у којем се налазе.

Регулација

Велика структурна разноликост међу аденил циклазама показује велику подложност вишеструким облицима регулације, што им омогућава да се интегришу у велику разноликост ћелијских сигналних путева.

Каталитичка активност неких од ових ензима зависи од алфа-кето киселина, док други имају много сложеније регулаторне механизме који укључују регулаторне подјединице (стимулацијом или инхибицијом) који зависе, на пример, од калцијума и других опште растворљивих фактора, као и других протеина.

Многе аденилатне циклазе негативно су регулисане подјединицама неких Г протеина (инхибирају њихову функцију), док друге показују више активирајуће ефекте.

Референце

1. Цоопер, ДМФ (2003). Регулација и организација аденил-циклаза и цАМП. Биоцхемицал Јоурнал, 375, 517-529.
2. Цоопер, Д., Монс, Н. и Карпен, Ј. (1995). Аденил-циклазе и интеракција између сигнала калцијума и цАМП-а. Природа, 374, 421-424.
3. Данцхин, А. (1993). Филогенија аденилил циклаза. Напредак у истраживањима другог гласника и фосфопротеина, 27, 109–135.
4. Ханоуне, Ј., и Дефер, Н. (2001). Регулација и улога изоенформи аденилил циклазе. Анн Вл. Пхармацол. Токицол. , 41, 145-174.
5. Линдер, У., и Сцхултз, ЈЕ (2003). Аденилил циклаза класе ИИИ: вишенаменски сигнални модули. Целлулар Сигналинг, 15, 1081-1089.
6. Танг, В., Гилман, АГ (1992). Аденил Циклазе. Ћелија, 70, 669-672.